利用化学诱导染色体进化技术构建谷氨酸棒杆菌生产 4 - 羟基异亮氨酸的新策略

为解决 ido 基因在质粒上稳定表达依赖抗生素的问题，研究人员开展了构建能直接从葡萄糖合成 4-HIL（4 - 羟基异亮氨酸）的谷氨酸棒杆菌染色体工程菌株的研究。通过化学诱导染色体进化（CIChE），最终菌株 SE04 在 2-L 生物反应器中 4-HIL 产量达 30.3 g/L，为相关生产提供新思路。

　　4 - 羟基异亮氨酸（4-Hydroxyisoleucine，4-HIL）在糖尿病治疗方面具有潜在价值。在能产生 L - 异亮氨酸（L-isoleucine，Ile）的谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）菌株中表达外源异亮氨酸双加氧酶基因 ido，可生产 4-HIL。然而，ido 基因在质粒上的稳定表达依赖抗生素的使用。为使 ido 基因的携带不依赖质粒，本研究开发了一种能直接从葡萄糖合成 4-HIL 的染色体工程菌株。首先，将 ido-cat-ido 表达盒插入谷氨酸棒杆菌的染色体中，并通过化学诱导染色体进化（Chemically inducible chromosome evolution，CIChE）增加 ido 基因的拷贝数。经过逐轮提高氯霉素浓度进行 CIChE 后，在谷氨酸棒杆菌 SE04 的染色体中整合了 7 个 ido 基因拷贝，4-HIL 产量达到 20.3 ± 4.99 g/L，是携带 2 个 ido 基因拷贝的初始菌株 SC12 的 3.5 倍。为停止进一步的同源重组，在 CIChE 菌株中敲除 recA 基因，但这损害了细胞生长和 4-HIL 的生产。值得注意的是，进化菌株 SE04 中染色体插入基因的稳定性得到了证实。最终，进化后的谷氨酸棒杆菌 SE04 菌株在 2-L 生物反应器中生产出 30.3 g/L 的 4-HIL。本研究建立了一种用于生产 4-HIL 的无质粒谷氨酸棒杆菌菌株，为利用多拷贝整合方法在谷氨酸棒杆菌中生产其他有价值的生化物质提供了新的思路。