综述：ε-聚赖氨酸生物合成进展、高产菌株选育及调控机制

这篇综述系统阐述了ε-聚赖氨酸（ε-PL）的生物合成与抗菌机制，重点分析了以白色链霉菌（Streptomyces albulus）为生产菌株的高产策略，涵盖途径特异性调控和全局代谢工程技术，为食品防腐剂和医药应用领域的产业化提供理论支撑。

　　

ABSTRACT

ε-聚赖氨酸（ε-Poly-lysine, ε-PL）作为一种天然抗菌多肽，已在日本、中国和美国等主要市场获得食品防腐剂认证（GRAS）。其独特的抗菌谱覆盖革兰氏阳性和部分革兰氏阴性菌，展现出广阔的工业和医疗应用前景。白色链霉菌（S. albulus）因其成熟的发酵工艺成为ε-PL的主要生产菌株。

生物合成与抗菌机制

ε-PL由L-赖氨酸通过非核糖体聚合酶催化形成，其ε-氨基与α-羧基的独特连接方式赋予分子正电荷特性，可通过破坏细菌细胞膜电位实现杀菌。研究发现，ε-PL对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和大肠杆菌（E. coli）的最小抑菌浓度（MIC）分别达到8μg/mL和32μg/mL。

高产菌株选育策略

通过紫外诱变和基因组重排技术，研究者已获得ε-PL产量提升3.7倍的突变株M-Z18。关键代谢节点改造包括：

1. 1.

   强化前体供应：过表达二氨基庚二酸脱氢酶（dapA）使L-赖氨酸通量增加42%

2. 2.

   解除反馈抑制：修饰天冬氨酸激酶（lysC^mut）突变体

3. 3.

   转运优化：敲除ε-PL外排泵基因（plsX）

代谢调控网络

全局调控涉及：

• •

  碳源分配：葡萄糖通过cAMP-CRP系统抑制ε-PL合成

• •

  氮源利用：NH₄⁺浓度超过5mM时产量下降60%

• •

  群体感应：AHLs信号分子可触发群体效应

未来展望

需进一步解析ε-PL合成酶（Pls）的三维结构，开发动态调控系统实现代谢流精准控制。结合机器学习辅助设计基因组精简菌株，有望突破当前30g/L的产量瓶颈。