酪氨酸（L-Tyr）是一种具有重要生物学功能的芳香族氨基酸，不仅在神经系统发育、抗氧化及治疗抑郁症等方面表现突出，还作为高质量芳香化合物（如白藜芦醇和对香豆酸）的前体，在食品、医药和化妆品行业中具有广泛应用。然而，传统的化学合成方法要求苛刻的反应条件，容易产生环境污染；而酶解法成本高且稳定性差。近年来，代谢工程的发展使得基于微生物细胞工厂的L-Tyr合成成为可能，其具有绿色环保、原料来源广泛等优势。本研究以Corynebacterium crenatum为底盘细胞，通过基因改造显著提高其对葡萄糖和甘露醇的利用效率，并探索其在L-酪氨酸生产中的应用潜力。
图1 钝齿棒杆菌合成酪氨酸的代谢途径
代谢通路的优化与重构
首先，作者通过敲除竞争代谢途径的关键基因（trpE和pheA），大大削弱了L-色氨酸和L-苯丙氨酸的合成路径，从而将碳通量集中到L-酪氨酸的合成上。同时，过表达aroB、aroD和aroE等关键基因，增强了莽草酸途径的通量。此外，引入突变型tyrAfbr基因进一步提高了酪氨酸的合成能力。在摇瓶发酵中，优化后的菌株L-Tyr产量达到了3.86 g/L。
图2 以葡萄糖为碳源的摇瓶发酵结果
图3 葡萄糖添加量的优化
甘露醇的利用
为了提高C. crenatum对甘露醇的利用效率，作者敲除了甘露醇抑制因子（mtlR），并通过过表达mannitol脱氢酶基因（mtlD）和果糖磷酸激酶基因（pfkB），显著增强了甘露醇的代谢能力。优化后，甘露醇单一碳源条件下，菌株L-Tyr产量达到了2.12 g/L。
图4 以甘露醇为碳源的摇瓶发酵结果
混合碳源的优化
最后，作者通过优化葡萄糖与甘露醇的比例（3:1），摇瓶发酵中L-Tyr的产量提高至6.42 g/L。补料分批发酵条件下，通过动态调控碳源浓度，L-Tyr产量进一步提升至34.6 g/L，达到目前已报道的最高水平。本研究通过代谢工程成功构建了以Corynebacterium crenatum为底盘菌的高效L-Tyr生产平台。通过对竞争代谢通路的抑制、莽草酸途径的增强及甘露醇代谢能力的提升，显著提高了菌株的L-Tyr生产能力。在混合碳源条件下实现了酪氨酸的高效生产，为未来利用非传统碳源合成高附加值化合物提供了重要参考。
图5 CCMT04混合碳源发酵参数
原文链接：
https://doi.org/10.1186/s12934-024-02564-1
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摘译 | 左莎莎
编辑 | 王咏桐
左莎莎
陈嘉序
审核 | 刘 娟
