文獻分享 | 關於大腸杆菌共培養生產色胺的相關文獻

文獻標題：Developing E. coli-E. coli co-cultures to overcome barriers of heterologous tryptamine biosesynthesis

DOI號：https://doi.org/10.1016/j.mec.2019.e00110

關(guan) 鍵詞：共培養(yang) ，細胞選擇係統，色胺

內(nei) 容摘要：

通過大腸杆菌和大腸杆菌共培養(yang) 來生產(chan) 色胺，其中在上遊的大腸肝菌中引入了生物傳(chuan) 感器輔助細胞選擇係統，來增強色氨酸的產(chan) 量，下遊會(hui) 產(chan) 生更多的色胺。

主要內(nei) 容：

1.背景

色胺是一種生物胺，是許多重要的生物活性分子的前體(ti) ，因此將色氨酸脫羧再整合到色氨酸生物合成途徑中，可以產(chan) 生色胺，到那時到目前為(wei) 止，還沒有致力於(yu) 使用簡單的碳底物來從(cong) 頭合成色胺及其優(you) 化。

2.思路

使用共培養(yang) 係統，上遊使用簡單的底物葡萄糖或甘油合成色氨酸，下遊將色氨酸轉化成色胺，通過調節上下遊菌株亞(ya) 群之間的比例，來操控色氨酸的供應和消耗，從(cong) 而實現途徑的平衡。其中值得注意的是，色氨酸可以穿過細胞膜，使得兩(liang) 個(ge) 途徑的連接成為(wei) 可能。

並且引入了兩(liang) 個(ge) 生物傳(chuan) 感器輔助細胞選擇係統，增強共培養(yang) 係統上遊菌株的色氨酸生物生產(chan) 。第一個(ge) 係統是tnaC-tetA係統，高色氨酸濃度的時候開啟tetA的表達，使細胞可以再有四環素的條件下生長。第二個(ge) 係統使mtr啟動子和毒素基因hipA，高色氨酸濃度關(guan) 閉了毒性基因的表達，促進了細胞的生長。加入這兩(liang) 個(ge) 係統後產(chan) 物明顯升高。

3.實現

3.1共培養(yang) 係統

使用BTP1作為(wei) 色氨酸過量生產(chan) 的菌株，XYD作為(wei) 色氨酸到色胺的轉化菌株。以葡萄糖作為(wei) 底物，優(you) 化接種比例，當BTP1過量接種的時候，色氨酸的供應過高，導致下遊菌株的密度較小，色氨酸到色胺的生物轉化不足，當下遊的菌株接種的比例較高時，上遊的色氨酸供應減小，也導致產(chan) 物的下降，9：1為(wei) 最終確定的最佳比例，但是也有56 mg/L色氨酸的累積。以甘油作為(wei) 底物的結果相類似，但是葡萄糖的產(chan) 量比甘油更高，因而葡萄糖應該是較好的碳源。然而在大多數的接種比例下，培養(yang) 物中幾乎沒有觀察到色氨酸的積累，因而表明構建的共培養(yang) 物有著強大的色胺轉化能力，因此上遊的色氨酸的供應應該是共培養(yang) 中的限速步驟。

3.2細胞選擇係統的構建

為(wei) 了改善上述的問題，在上遊的菌株中引入了兩(liang) 種不同的生物傳(chuan) 感輔助細胞選擇係統，每個(ge) 係統都含有一個(ge) 色氨酸響應生物傳(chuan) 感器和生長調節基因，根據色氨酸的濃度，來調節細胞的生長或者死亡。

第一個(ge) 係統：構建菌株BLXS含有pTS質粒，其中通過使用大腸杆菌的tnaCAB操縱子的前導肽基因來控製tetA的表達，用BLXC來做對照，因為(wei) 高濃度的色氨酸可能對細胞有一定的毒性，因此對照組細菌的密度呈下降趨勢，而導入高係統的BLXS呈上升的趨勢。

圖1 （A)構建的通路。當色氨酸的濃度較高時，tetA的表達量增加，抗四環素

(B)在葡萄糖的條件下，實驗組(BLXC)和對照組(BLXS)的生長趨勢

(C)甘油作為(wei) 碳源的生長條件下，實驗組(BLXC)和對照組(BLXS)的生長趨勢

(D)以葡萄糖和甘油為(wei) 碳底物的BTXC和BTS之間的色氨酸生物合成比較。

第二個(ge) 係統使用的時mtr大腸杆菌中的色氨酸響應的啟動子，通過色氨酸結合蛋白TrpR控製毒素hipA的基因的表達。在最佳比例下，使用mtr-hipA係統比使用tnaC-tetA細胞選擇係統的共培養(yang) 物產(chan) 量高79%，說明毒素係統更有效。

4.討論

細胞選擇機製時從(cong) 微生物的群體(ti) 中去除低性能的細胞，已被證明時在單一的培養(yang) 背景下增強目標產(chan) 物的有效方法。使用毒素係統更為(wei) 方便，因為(wei) 如果引入新的抗生素，還需對下遊的基因進行修飾，最大限度的減少對下遊菌株生長的影響。

個(ge) 人評價(jia) ：

該文獻是通過產(chan) 物的產(chan) 量來控製菌群的密度，他發現了產(chan) 生色胺的主要限速步驟是色氨酸的生產(chan) ，因此色氨酸的含量越多，色胺的生產(chan) 相對就越多，因此使用了細胞的選擇機製，來篩選可以高效的產(chan) 生色氨酸的菌株，雖然種群密度有所下降，但是總產(chan) 量升高了。