通过工程改造的谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）实现基于海藻的脱氧糖——鼠李糖（rhamnose）和岩藻糖（fucose）的新用途

《Microbial Cell Factories》：Novel utilization of the seaweed-based deoxy sugars rhamnose and fucose by engineered Corynebacterium glutamicum

　　

摘要

海藻是工业生物技术中潜在的可持续碳源，然而常用的细菌Corynebacterium glutamicum无法自然代谢脱氧糖L-鼠李糖和L-岩藻糖，这两种糖分别大量存在于绿藻和褐藻中。扩大其底物范围对于实现可持续的生物加工至关重要，因为这有助于利用现有的生物质。在这项研究中，我们通过引入Escherichia coli的rhaBADM和fucIKUA操纵子，使C. glutamicum能够利用L-鼠李糖和L-岩藻糖作为唯一的碳源进行生长。为了促进生长，我们评估了多种转运系统，并确定非天然的岩藻糖转运蛋白（FucP）是吸收L-鼠李糖最有效的转运蛋白，而天然的myo-肌醇转运蛋白2（IolT2）则是吸收L-岩藻糖的最佳选择。在利用L-鼠李糖和L-岩藻糖的过程中，L-内酯醛作为副产物生成。我们发现，由ald编码的天然乙醛脱氢酶也具有内酯醛脱氢酶活性，其过表达能够增强L-内酯醛的利用效率。最后，在绿藻和褐藻水解物上培养工程菌株后，由于消耗了目标脱氧糖，这些菌株的生物量有所增加。本研究通过途径工程、转运系统优化以及对天然内酯醛脱氢酶的功能鉴定，扩展了C. glutamicum的底物谱。在藻类水解物上的生长及L-赖氨酸的产生表明，这种方法在可持续利用海洋生物质和生物生产高附加值化合物方面具有巨大潜力。