枯草芽孢杆菌代谢工程强化p-香豆酸生产及其抗菌抗氧化应用研究

《Epilepsy & Behavior Reports》：Metabolic engineering of Bacillus subtilis for enhanced p-Coumaric acid production and antimicrobial applications

本研究首次在安全菌株枯草芽孢杆菌中通过启动子工程（TAL基因异源表达）和发酵优化，将p-香豆酸（p-CA）产量提升80倍至304.04 mg/L，显著增强其抗菌（金黄色葡萄球菌等）和抗氧化（DPPH/ABTS自由基清除）活性，为次级代谢产物合成提供了新平台。

　　

亮点

本研究首次在枯草芽孢杆菌中实现高效p-香豆酸生物合成，通过启动子筛选与发酵优化使产量达304.04 mg/L，发酵提取物对多重致病菌呈现显著抑制活性，且抗氧化能力（DPPH/ABTS自由基清除）提升超3倍，为安全菌株生产高值化合物提供新策略。

讨论

尽管既往研究多聚焦于大肠杆菌和酿酒酵母作为p-CA生产宿主，本研究成功验证枯草芽孢杆菌作为潜力底盘细胞的可行性。通过启动子工程与精准发酵调控的协同策略，显著提升了p-CA的生物合成效率。启动子优化是调控基因表达的关键环节，本研究通过比较不同强度启动子（如P_nprE、P_aprE）及双启动子组合，发现强启动子P_nprE可大幅提升TAL转录水平，从而驱动p-CA产量增长。发酵参数的优化（如碳氮比、前体酪氨酸浓度）进一步解除代谢瓶颈，最终产量较初始菌株提高80倍。值得注意的是，高产菌株发酵提取物的抗菌与抗氧化活性同步增强，证实p-CA含量与功能活性呈正相关，这一发现为其在食品、医药领域的应用提供实验依据。

结论

本研究首次在枯草芽孢杆菌中异源表达TAL基因，通过启动子筛选构建高产工程菌PBnprE，并结合发酵工艺优化实现p-CA高效合成。菌株发酵提取物展现卓越的抗菌与抗氧化能力，为工程菌的产业化开发奠定理论基础。