西南大学博士生以第一作者在一区top期刊发表研究成果,设计出一个色氨酸生物传感器小型工具包

学术   2024-10-29 14:12   法国  
近日,西南大学牛国清研究员团队与中科院微生物所唐双焱研究员团队合作,基于大肠杆菌 tnaCAB 操纵子设计出了一个色氨酸生物传感器小型工具包,并成功将其应用于紫色杆菌素生产的动态控制,这一成果对高价值色氨酸衍生产品的生产具有重要意义,相关成果以“Engineering of tnaC-based tryptophan biosensors for dynamic control of violacein production”为题,在《农业与食品化学杂志》(Journal of Agricultural and Food Chemistry上发表。2022级博士研究生王美燕和2023级博士研究生吕澜鑫为共同第一作者,课题组的其他同学也参与了部分研究工作,牛国清研究员为通讯作者。
色氨酸作为一种关键氨基酸,不仅是蛋白质合成的基础构件,更是众多高价值化学品的重要前体。该研究利用大肠杆菌tnaCAB 操纵子的前导调控区来创建一组色氨酸生物传感器。他们通过对编码 24 个氨基酸前导肽的 tnaC 前导序列进行设计,进而开发出了四种变体。为了精准评估这些生物传感器的性能,研究团队构建了基于 MazEF 毒素抗毒素系统的报告菌株。在该系统中,他们从大肠杆菌 BL21 Star (DE3) 的染色体上移除了 mazE 基因,并在 mazF 的上游插入一个由鼠李糖诱导的启动子。借助这种巧妙的设置,通过观察细胞在不同色氨酸浓度下的生长和存活情况,就能对生物传感器的性能进行评估。此外,研究团队还用噬菌体来源的组成型启动子替换了天然的 tnaC 启动子,实现了对生物传感器的进一步优化。这一优化举措不仅使生物传感器的性能得到显著提升,还使其能够适配恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida),而这种细菌是代谢工程中十分优良的微生物底盘。
紫色杆菌素是一种由两个色氨酸分子衍生而来的双吲哚色素,因其具有广谱的生物活性以及作为生物染料的潜在应用价值,受到了广泛关注。在本研究中,作为概念验证,研究人员将设计好的生物传感器应用于紫色杆菌素的生产提升。结果显示,当紫色杆菌素生物合成基因簇受到特定设计的生物传感器,特别是 L-TrpBioSenR23F  L-TrpBioSenR23H 的控制时,紫色杆菌素的产量得以增加。这项研究丰富了色氨酸生物传感器工具包,为其在众多其他高价值色氨酸衍生产品生物生产中的广泛应用打下了坚实基础。该生物传感器的成功设计,为精确调控微生物系统中的代谢途径以及提高有价值化合物的产量提供了一条很有前景的路径。该研究得到了国家重点研发计划“ 合成生物学重点专项“ 高值化合物生物合成体系的智能组装及高效运行以及国家自然科学基金面上项目的资金支持。
 
原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.4c07638


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