地衣芽孢杆菌氮源响应型启动子的挖掘鉴定与工业应用

为解决地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)启动子元件多样性不足的问题，研究人员通过基因组分析预测氮源响应型启动子，以eGFP为报告基因筛选出PglnR和Pgcv（转录强度较对照提升200%和100%），并成功应用于茂源链霉菌(Streptomyces mobaraensis)转谷氨酰胺酶的表达优化，使发酵酶活达14.7 U/mL，为合成生物学工具箱提供了新型调控元件。

　　

在合成生物学领域，启动子(promoter)如同基因表达的"开关"，而工业明星菌株地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)却面临调控元件匮乏的困境。现有启动子要么"喋喋不休"地持续表达（组成型），要么只对葡萄糖等碳源"有反应"（碳源诱导型），这种单调的调控方式严重限制了底盘细胞的性能发挥。

研究者们另辟蹊径，将目光投向与碳源同等重要的氮源(nitrogen source)。通过基因组"挖矿"，成功锁定两个对谷氨酸钠"敏感"的启动子——PglnR和Pgcv。当这些启动子驱动荧光报告基因eGFP时，36小时即展现出惊艳的"灯光秀"：转录强度分别飙升至对照组的3倍和2倍。

更令人振奋的是，这些新型启动子在转谷氨酰胺酶(transglutaminase, TGase)生产中大显身手。在37°C、可溶性淀粉(soluble starch)和谷氨酰胺(glutamine)双10 g/L的优化条件下，工程菌BL-TG3的酶活突破2.61 U/mL。当放大到5升发酵罐进行补料培养(fed-batch fermentation)时，酶活更是一路高歌达到14.7 U/mL，创下该表达系统的新纪录。

这项研究不仅为微生物细胞工厂装配了"氮源感应开关"，更为精准调控工业发酵过程提供了全新分子工具，标志着芽孢杆菌合成生物学工具箱的又一次升级。