通过谷氨酸非依赖途径代谢工程改造Bacillus paralicheniformis实现γ-聚谷氨酸高效合成

为解决γ-聚谷氨酸(γ-PGA)生产中依赖昂贵谷氨酸添加的问题，研究人员通过基因编辑技术敲除Bacillus paralicheniformis的ccpA、cggR和tnrA基因，解除碳氮代谢抑制，激活TCA循环和糖酵解通路，成功构建谷氨酸非依赖型高产菌株。突变株ΔccpA和ΔtnrA分别实现63.86 g/L和61.38 g/L的γ-PGA产量，其中ΔccpA以19.50 g/(L·h)的生产效率创下该路径最高纪录。该研究为低成本生物合成γ-PGA提供了创新策略。

　　

聚-γ-谷氨酸(γ-PGA)作为一种具有重要应用价值的生物聚合物，传统生产需依赖价格高昂的谷氨酸添加。最新研究通过代谢工程改造Bacillus paralicheniformis，巧妙绕开这一限制：通过强化rocG介导的谷氨酸从头合成途径，同时解除碳氮分解代谢抑制。科研人员精准敲除三个关键调控基因——调控碳代谢的ccpA（分解代谢控制蛋白A）、cggR（糖酵解核心基因阻遏蛋白）以及调控氮代谢的tnrA（氮同化主调控因子），成功激活三羧酸循环(TCA)、糖酵解和γ-PGA生物合成通路。

发酵实验数据显示，ΔccpA突变株表现尤为亮眼，γ-PGA产量达63.86 g/L，在快速生长期生产效率高达19.50 g/(L·h)，创下谷氨酸非依赖型生产的全球最高纪录。ΔtnrA突变株同样表现优异，产量达61.38 g/L。这些工程菌株展现出将廉价硝酸钠(NaNO₃)高效转化为高附加值γ-PGA的突出能力。该研究证实，通过基因编辑解除碳代谢（TCA循环和糖酵解）与氮代谢（硝酸盐还原）的抑制，可显著提升微生物的γ-PGA自主合成能力，为工业化低成本生产提供了突破性解决方案。