江南大学王小元教授团队的最新研究成果
Metabolic engineering of Escherichia coli to efficiently produce 3‑deacyl‑2‑acyloxyacyl‑4′‑monophosphoryl‑lipid A
代谢工程改造大肠杆菌高效生产3-脱酰基-2-棕榈酰基-4′单磷酸类脂A
在SMAB正式上线
原文链接
https://doi.org/10.1007/s43393-024-00237-z
3-脱酰基-2-（b-O-酰基）酰基-4'-单磷酸类脂A（MPL）是具有广阔应用前景的新一代疫苗佐剂，但其生物制备存在产量低、纯度差、生产菌为致病菌等重要问题。江南大学王小元教授团队通过代谢工程改造大肠杆菌，使其能高效合成MPL。
研究背景
目前，MPL由明尼苏达沙门氏菌 R595生产。考虑到沙门氏菌具有一定致病性，王小元教授团队利用安全的大肠杆菌为出发菌，通过代谢工程改造使其能高效合成MPL。在大肠杆菌中合成MPL需要三种关键酶LpxE、PagL和PagP，它们能将大肠杆菌类脂A结构改变成MPL（图1A）。虽然大肠杆菌中不存在前两种酶，但可以通过引入外源基因FnlpxE和SepagL达到比较理想的效果。大肠杆菌中存在PagP，它催化MPL合成中最后一步关键反应，但效率较低。该研究主要针对大肠杆菌PagP催化反应涉及到的基因（图1B）展开研究，最终通过改善外膜外层中磷脂组成和PagP表达水平提高了MPL纯度和产量。
图1 研究涉及到的基因及其功能
科学发现
作者首先以大肠杆菌MG1655为出发菌株，通过敲除与磷脂转运系统相关的mlaE和pldA基因以及pagP的抑制基因hns，并用弗朗西斯菌FnlpxE基因取代染色体上与磷脂转运系统相关的ybgC-cpoB基因簇，构建了菌株WZM010。接着，用沙门氏菌SepagL分别取代WZM010染色体上与磷脂转运系统相关的pqiAB和letAB基因簇，获得菌株WZM011和WZM012（图2A）。在LB培养基中，WZM010、WZM011和WZM012的最高OD600分别达到3.83、2.59和2.71（图2B）。随后提取其类脂A并进行TLC和LC-MS分析（图2C, D）。发现引入外源基因FnlpxE和SepagL在MPL合成中起到较好效果，而且优化外膜磷脂含量及去除内源PagP表达抑制也明显提高了PagP催化反应效率。在菌株WZM012合成的类脂A中 MPL比例明显提高。
图2 大肠杆菌WZM010、WZM010和WZM012类脂A合成结构比较
总结展望
在本研究中，作者通过染色体敲除和整合类脂A合成和结构修饰关键基因，构建了一株能高效合成MPL的大肠杆菌WZM012。该菌株合成的类脂A中 MPL占比约为70 %，为后续工作进一步提高MPL纯度和产量奠定了基础。
引用方式
Aizhen Zhao, Zhen Wang, Jing Yu, Fenfang He, Yibing Bi, Xiaoyuan Wang. Metabolic engineering of Escherichia coli to efficiently produce 3-deacyl-2-acyloxyacyl-4′-monophosphoryl-lipid A. Systems Microbiol and Biomanufacturing, 2024. https://doi.org/10.1007/s43393-024-00237-z
赵爱珍，江南大学生物工程学院硕士研究生。
王小元，江南大学生物工程学院教授。
Systems Microbiology and Biomanufacturing(系统微生物学与生物制造，简称SMAB，ISSN：2662-7655) 是由江南大学主办，Springer Nature出版集团出版的英文期刊。期刊SMAB致力于为工业微生物与生物制造过程领域的新发现、新方法和新技术提供报道的平台，由江南大学徐岩教授和Bioresource Technology期刊原主编Ashok Pandey教授共同担任本刊主编，编委分布于全球近20个国家，更多内容详见期刊主页。
2
编审周期：
目前，第一轮评审时间平均为22天，稿件录用后将及时在线发表。
SMAB诚邀系统微生物学与生物制造领域的研究人员踊跃投稿！投稿范围包括但不限于：工业微生物学与发酵工程、合成生物学与代谢工程、工业酶学与生物催化、食品组学与食品生物制造、系统生物学与发酵过程优化控制等。稿件类型包括研究论文(Research article)、综述(Review)和快讯(Short communication)。
期刊主页：
https://www.springer.com/journal/43393
投稿平台：https://www.editorialmanager.com/smab/default.aspx
