王路平，徐建中*，张伟国

(1.江南大学 生物工程学院,江苏 无锡214122；2.江南大学 工业生物技术教育部重点实验室,江苏 无锡214122)

L-赖氨酸是人类和动物所必需的、自身不能合成的八大必需氨基酸之一。研究报道,自赖氨酸发酵开始以来,谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)及其亚种是发酵赖氨酸的主要选择,但最近大肠杆菌(Escherichia coli)也在赖氨酸发酵过程中发挥着重要作用[1-3]。以葡萄糖为原料时,C.glutamicum中有5个途径参与L-赖氨酸合成：糖酵解途径、磷酸戊糖途径(PPP)、三羧酸(TCA)循环、补给途径(CO2固定反应)和L-赖氨酸终端合成途径(图1)。20世纪80年代末和90年代,开发了用于该微生物的各种基因工程工具,并将这些分子技术应用于菌株改良,旨在增强赖氨酸生产能力[4-5]。这使得理论代谢工程不仅可以用于赖氨酸生物合成途径,而且可用于中枢代谢,从而,增加前体供应和NADPH再生成为研究者用于增强赖氨酸生物合成的着力点。

还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)是细胞代谢中最重要的氧化还原载体,不仅作为催化底物分解代谢的电子受体,也为能量依赖型的氧化还原反应提供还原力[6],是多种代谢产物合成中的主要驱动力。其影响的代谢产物包括赖氨酸[7]、缬氨酸[8]、精氨酸[9]、鸟氨酸[10]、氯丙酸酯[11]、番茄红素[11]和萜类化合物[12]。 已有文献报道,在C.glutamicum中每合成1 mol L-赖氨酸需要消耗4 mol的NADPH[13]。因此,为了增加C.glutamicum生物合成途径中L-赖氨酸的积累,提高C.glutamicum代谢途径中NADPH量或降低L-赖氨酸合成途径中NADPH需求量是辅因子工程育种常用的策略。然而,作者前期研究发现,胞内过量的NADPH会阻碍细胞对糖的利用,降低菌体生长量和L-赖氨酸积累量。……