在表达LDHD的木醋杆菌菌株中异源表达丙酮酸甲酸裂解酶，以提高自养D-乳酸的产量

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Improving autotrophic D-lactate production by heterologous expression of a pyruvate formate lyase in an LDHD-expressing Acetobacterium woodii strain

　　

摘要

厌氧产醋菌Acetobacterium woodii是转化温室气体CO₂并生产化学品的极具潜力的候选菌种。在本研究中，对A. woodii进行了基因工程改造，使其能够表达来自Leuconostoc mesenteroides的乳酸脱氢酶（LDHD），以及来自Clostridium pasteurianum的丙酮酸甲酸裂解酶（PFL）及其激活酶（PFL-AE），从而利用H₂?+?CO₂自养生产D-乳酸和乙酸。与不含PFL和PFL-AE的对照菌株相比，该改良菌株的D-乳酸产量有所提升。尤其是在合成代谢过程中，由于重组表达了C. pasteurianum的PFL，因此产生了积极效应。在研究中，用于控制重组ldhD基因表达的启动子系统被替换为来自A. woodii的乳酸诱导型P_lctA启动子，这一改变也进一步提升了D-乳酸的产量。在搅拌罐生物反应器中培养这些带有P_lctA启动子的菌株，其产生的D-乳酸和乙酸浓度均高于在血清瓶中的实验结果；而且与仅携带ldhD基因的菌株相比，当PFL基因表达时，D-乳酸的积累量也更多。在瓶栽条件下，D-乳酸的最大浓度可达21.0?±?2.4 mM。而在通过连续通气进行控制的搅拌罐分批培养中，D-乳酸浓度可高达34.9 mM。这些研究结果表明，过度表达LDHD、PFL和PFL-AE的A. woodii是用于自养生产D-乳酸的优质菌株。

图形摘要

厌氧产醋菌Acetobacterium woodii是转化温室气体CO₂并生产化学品的极具潜力的候选菌种。在本研究中，对A. woodii进行了基因工程改造，使其能够表达来自Leuconostoc mesenteroides的乳酸脱氢酶（LDHD），以及来自Clostridium pasteurianum的丙酮酸甲酸裂解酶（PFL）及其激活酶（PFL-AE），从而利用H₂?+?CO₂自养生产D-乳酸和乙酸。与不含PFL和PFL-AE的对照菌株相比，该改良菌株的D-乳酸产量有所提升。尤其是在合成代谢过程中，由于重组表达了C. pasteurianum的PFL，因此产生了积极效应。在研究中，用于控制重组ldhD基因表达的启动子系统被替换为来自A. woodii的乳酸诱导型P_lctA启动子，这一改变也进一步提升了D-乳酸的产量。在搅拌罐生物反应器中培养这些带有P_lctA启动子的菌株，其产生的D-乳酸和乙酸浓度均高于在血清瓶中的实验结果；而且与仅携带ldhD基因的菌株相比，当PFL基因表达时，D-乳酸的积累量也更多。在瓶栽条件下，D-乳酸的最大浓度可达21.0?±?2.4 mM。而在通过连续通气进行控制的搅拌罐分批培养中，D-乳酸浓度可高达34.9 mM。这些研究结果表明，过度表达LDHD、PFL和PFL-AE的A. woodii是用于自养生产D-乳酸的优质菌株。

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