生物合成α-酮戊二酸的双酶共表达工程菌构建及发酵生产

摘要

[目的]α-酮戊二酸是三羧酸循环的中间代谢产物，参与氨基酸、维生素和有机酸的合成及能量代谢。化学合成法生产的α-酮戊二酸存在毒性原料等问题，制约了α-酮戊二酸在医药食品等领域的应用。本文旨在开发一种环保且高效的α-酮戊二酸合成方法。[方法]本研究构建了共表达L-谷氨酸氧化酶和过氧化氢酶的大肠杆菌工程菌株，利用该工程菌株全细胞转化L-谷氨酸钠生产α-酮戊二酸。将L-谷氨酸氧化酶基因lgoX和过氧化氢酶基因katE克隆至表达载体pET-24a,构建的重组质粒转化敲除α-酮戊二酸脱氢酶基因sucA的E.coli BL21（DE3）。初步研究了工程菌全细胞转化反应的关键参数。[结果]在5 L发酵罐进行工程菌的高密度发酵和全细胞转化，150 g·L^-1一水合谷氨酸钠经5 h转化反应，无需外源过氧化氢酶添加可获得110.5 g·L^-1 α-酮戊二酸，摩尔转化率为95.3%。[结论]本研究构建了1株共表达L-谷氨酸氧化酶和过氧化氢酶的工程菌用于生产α-KG,为开发环保高效的α-酮戊二酸工业化生产工艺奠定基础。

关键词

L-谷氨酸氧化酶 / 过氧化氢酶 / 共表达 / 全细胞转化 / α-酮戊二酸