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6’-唾液酸乳糖(6′-sialyllactose, 6′-SL)是重要的人乳寡糖之一,对婴儿健康具有许多益处。在枯草芽胞杆菌中6′-SL的合成是以葡萄糖进入细胞经内源途径生成尿苷二磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖,再经外源引入的尿苷二磷酸-N-乙酰氨基葡萄糖-2-差向异构酶NeuC、N-乙酰神经氨酸合酶NeuB和N-乙酰神经氨酸胞苷转移酶NeuA的催化生成胞嘧啶5′-单磷酸 N -乙酰基神经氨酸(CMP-Neu5Ac),最后CMP-Neu5Ac与外源添加的乳糖经外源引入的α2,6-唾液酸转移酶催化生成6′-SL。然而,由于枯草芽孢杆菌的碳分解代谢物抑制效应,葡萄糖会干扰乳糖的利用,在一定程度上限制了6′-SL的有效产生。
近日,江大刘龙等在《Systems Microbiology Biomanufacturing》发表文章“Metabolic engineering of Bacillus subtilis for de novo synthesis of 6′-sialyllactose”,通过改造枯草芽胞杆菌生产6′-SL。首先通过在枯草芽胞杆菌中引入来源于脑膜炎奈瑟菌的NeuC、NeuB、NeuA以及来源于发光杆菌属希帕菌JT-ISH-224的α2,6-唾液酸转移酶成功构建了6′-SL的从头合成途径,接下来又对这些异源基因进行整合表达。枯草芽胞杆菌具有强大的蛋白质分泌能力,可能导致异源酶分泌到胞外,从而影响6′-SL的生产。通过对Pst6进行20个氨基酸的截短,有效地减少了异源酶的分泌,使它们能够在细胞内保留催化功能,从而提高6′-SL的产量。接下来通过微调启动子强度、敲除竞争抑制途径基因yesZ(编码β-半乳糖苷酶)、 ganA (编码β-半乳糖苷酶)、nagBA(编码氨基葡萄糖-6-磷酸异构酶)和nagBB(编码氨基葡萄糖-6-磷酸脱氨酶)以及对前体合成基因拷贝数进行优化进一步提高了6′-SL的产量。为提高乳糖利用率,除敲除葡萄糖PTS转运系统相关基因ptsG外,过表达了内源性乳糖转运基因ywbF、ywbA、gmuC 和 licC以及大肠杆菌来源的乳糖转运基因lacY,其中过表达licC显著减轻了CCR的影响。最终构建的菌株不带有质粒,发酵过程终无需添加抗生素,6′-SL滴度在摇瓶中达到3.55g/L, 3-L发发酵罐中达到15g/L。
综上,本研究为高效生产6′-SL奠定了基础。