氨基葡萄糖（GlcN）及其衍生物N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）作為重要的功能單糖,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品營(yíng)養(yǎng)、健康保健及化妝品等領(lǐng)域。據(jù)報(bào)道,2019年全球氨基葡萄糖市場(chǎng)總額約為50億美元。隨著生活質(zhì)量的進(jìn)一步提高以及人口老齡化問(wèn)題的加劇,GlcN和GlcNAc類(lèi)醫(yī)藥、食品營(yíng)養(yǎng)保健品的全球需求會(huì)持續(xù)增加。目前,GlcN和GlcNAc的工業(yè)生產(chǎn)方法包括化學(xué)水解法、酶轉(zhuǎn)化法和微生物發(fā)酵法。相比于化學(xué)水解法和酶轉(zhuǎn)化法,微生物發(fā)酵法具有原料可再生、清潔、綠色等典型特征,是解決資源、能源和環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。為此,本課題以一株產(chǎn)GlcNAc的食品安全級(jí)枯草芽孢桿菌BSGN6 P_xylA-glmS（研究室保藏）為出發(fā)菌株,采用代謝工程手段從底物轉(zhuǎn)運(yùn)、碳代謝、能量代謝和產(chǎn)物運(yùn)輸方面進(jìn)一步提高工程菌株的生產(chǎn)性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）優(yōu)化葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。通過(guò)敲除出發(fā)菌BSGN6 P_xylA-glmS的PTS^Glc系統(tǒng)中EIIA^Glc和EIIBC^Glc組分編碼基因yyzE、ypqE和pts... 

【文章來(lái)源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：108 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

GlcNAc的結(jié)構(gòu)式及其化學(xué)性質(zhì)Fig.1-1StructuralformulaandpropertiesofGlcNAc

途畚錆偷ヌ錥1,14]。與化學(xué)水解法相比，酶轉(zhuǎn)化法反應(yīng)條件溫和、易操作且污染小，但是由于甲殼素不溶于水的緣故，導(dǎo)致酶轉(zhuǎn)化法獲得的GlcNAc產(chǎn)量低、轉(zhuǎn)化率低、催化周期長(zhǎng)。此外，轉(zhuǎn)化獲得的產(chǎn)物是殼二糖為主的混合物[14]，且在應(yīng)用中酶不易實(shí)現(xiàn)反復(fù)使用，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高[1]。（3）微生物發(fā)酵法微生物發(fā)酵法是以葡萄糖為底物，通過(guò)工程菌株代謝作用，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為為GlcN和GlcNAc[1,13,15,16]。然而，GlcN對(duì)細(xì)胞具有毒性，因此微生物發(fā)酵法的產(chǎn)物通常是GlcNAc。在微生物中，葡萄糖經(jīng)過(guò)5步反應(yīng)轉(zhuǎn)化GlcNAc，分別為（圖1-2）：①胞外葡萄糖通過(guò)糖轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入胞內(nèi)，并磷酸化為葡萄糖-6磷酸（Glc-6P）；②Glc-6P在己糖異構(gòu)酶的作用下生成果糖-6磷酸（Fru-6P）；③以谷氨酰胺作為氨基供體，通過(guò)氨基葡萄糖-6-磷酸合成酶生成氨基葡萄糖-6磷酸（GlcN-6P）；④GlcN-6P在氨基葡萄糖-6-磷乙�；傅拇呋律梢阴０被咸烟�-6磷酸（GlcNAc-6P）；⑤在磷酸酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用下生成GlcNAc，并轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外。相比于化學(xué)水解法和酶轉(zhuǎn)化法，微生物發(fā)酵法具有安全、綠色、可持續(xù)、生產(chǎn)強(qiáng)度高、發(fā)酵時(shí)間短、操作易控、成本低、設(shè)備要求低、環(huán)境污染孝生產(chǎn)原料來(lái)源不受限制、發(fā)酵產(chǎn)物易分離等諸多優(yōu)勢(shì)[17]，而且使用食品安全菌株發(fā)酵法獲得的GlcNAc不會(huì)攜帶過(guò)敏原，因此適用于所有人群[18]。近年來(lái)，隨著代謝工程和合成生物技術(shù)的不斷發(fā)展，利用工程技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)對(duì)宿主微生物的代謝途徑進(jìn)行人工設(shè)計(jì)和改造。因此，通過(guò)代謝工程和合成生物手段獲得高生產(chǎn)強(qiáng)度、高轉(zhuǎn)化率和高產(chǎn)量的工程菌株以替代化學(xué)水解法運(yùn)用于工業(yè)GlcNAc生產(chǎn)具有廣闊的前景。圖1-2微生物中GlcNAc的合成途徑Fig.1-2GlcNAcbiosyntheticpathwayinmicrobes目前，用于微生物發(fā)酵法?

第一章緒論5的途徑設(shè)計(jì)、組合優(yōu)化、模塊組裝及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)編輯重構(gòu)等合成生物學(xué)技術(shù)手段（圖1-3）能有效地提高微生物目標(biāo)產(chǎn)物的合成效率或賦予其合成新產(chǎn)物的能力[48,49]。從微生物合成目的產(chǎn)物的時(shí)空間順序講，代謝工程可以從物質(zhì)原料內(nèi)質(zhì)化、胞內(nèi)途徑合成和目的產(chǎn)物運(yùn)出角度入手。目前，代謝工程策略改造獲得的微生物菌種已廣泛應(yīng)用于功能營(yíng)養(yǎng)品、生物燃料以及精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)，比如透明質(zhì)酸[33]、丁二醇[50]及酮酸[51]等。圖1-3代謝工程及合成生物學(xué)技術(shù)手段Fig.1-3Thestrategiesofmetabolicengineeringandsyntheticbiology（1）原料內(nèi)質(zhì)化微生物能將胞外的物質(zhì)原料轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)以用于代謝活動(dòng)。在物質(zhì)原料內(nèi)質(zhì)化過(guò)程中，載體蛋白協(xié)同作用和代謝調(diào)控會(huì)顯著影響細(xì)胞生理與合成代謝，通過(guò)代謝工程手段調(diào)控轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)解除限速步驟、平衡代謝流及促進(jìn)產(chǎn)物合成的目的。在微生物中，底物內(nèi)質(zhì)化的方式包括ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（ATP-bindingcassettetransporters）、MSF轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（Majorfacilitatorsuperfamily）及PTS系統(tǒng)等[52,53]。以葡萄糖轉(zhuǎn)例，其作為一個(gè)代表性的碳源，常被用于細(xì)胞對(duì)環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)原料的轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝和調(diào)控的研究[44]。截止到目前，研究人員已經(jīng)從分子水平層次描述過(guò)上百個(gè)菌種葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的特征，揭示了幾百個(gè)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體的相關(guān)序列信息[54]。其中，PTS是一類(lèi)普遍存在于細(xì)菌中的碳水化合物及氮源的磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，也是細(xì)菌內(nèi)質(zhì)化胞外葡萄糖最主要的方式，其能將胞外葡萄糖內(nèi)質(zhì)化的同時(shí)進(jìn)行磷酸化，直接生成葡萄糖-6-磷酸進(jìn)入胞內(nèi)代謝[55]。同時(shí)，該系統(tǒng)在細(xì)胞感應(yīng)環(huán)境變化、碳水化合物代謝和調(diào)控碳氮代謝等方面也起著重要作用[44]。根據(jù)底物特異性可以將PTS途徑組成分為：非底物特異的磷酸烯醇式丙酮酸依賴(lài)性?

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]代謝工程改造枯草芽孢桿菌高效合成N-乙酰氨基葡萄糖[D]. 劉延峰.江南大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3075991