大肠杆菌代谢工程改造实现肌苷酸高效生物合成及生产优化

研究人员通过代谢工程改造大肠杆菌，成功构建了以葡萄糖为底物的肌苷酸(IMP)高效合成体系。通过优化磷酸戊糖途径代谢流、解除嘌呤合成反馈抑制、敲除竞争途径及增强辅因子N10-甲酰四氢叶酸供应，最终在摇瓶和5L生物反应器中分别获得2.1 g/L和3.1 g/L的IMP产量，为核苷酸衍生物细胞工厂构建提供了新思路。

　　

微生物发酵法生产肌苷酸(IMP)面临生产菌株遗传改造困难及底物成本高昂等瓶颈。这项研究以模式微生物大肠杆菌(Escherichia coli)为底盘，通过系统性代谢网络改造实现了从葡萄糖高效合成IMP的突破。研究团队首先重编程磷酸戊糖途径代谢流，显著提高了关键前体5-磷酸核糖焦磷酸(PRPP)的胞内水平，使IMP产量达到484.6 mg/L。随后通过解除嘌呤合成途径的反馈抑制机制，产量提升至562.0 mg/L。进一步鉴定出嘌呤合成途径的限速步骤并敲除IMP合成竞争途径后，产量飙升至1409.6 mg/L。最后通过强化辅因子N₁₀-甲酰四氢叶酸的供应，在摇瓶和5升生物反应器中分别实现2.1 g/L和3.1 g/L的IMP产量，为核苷酸衍生物的微生物制造提供了创新性解决方案。