论文荐读
代谢工程改造酿酒酵母发酵生产咖啡酸
作者：袁豆豆，周秀琪，庞雪晴，杜家艳，周萍萍*
单位：扬州大学 生物科学与技术学院
基金项目：
国家自然科学基金项目（32371480，32001032）；扬州大学“高端人才支持计划”资助；江苏省大学生创新创业训练计划项目（202211117105Y）
摘要及关键词
摘要：咖啡酸是一种天然酚酸类化合物，具有抗氧化、抗肿瘤、抗炎等多种生物学活性，咖啡酸也是迷迭香酸、绿原酸和咖啡酸苯乙酯等高附加值化合物合成的重要前体，在医药、食品和化妆品等行业具有较大的应用价值。为实现咖啡酸绿色可持续生产，在前期构建的产咖啡酸酿酒酵母菌株中，敲除苯丙氨酸途径中的预苯酸脱水酶基因（PHA2），将咖啡酸产量提高42%。而敲除色氨酸途径中邻氨基苯甲酸合成酶基因（TRP2），对咖啡酸积累影响不大。之后，回补了URA3、HIS3、MET15营养标记基因，然后将工程菌株在5 L的发酵罐中进行了补料分批发酵，使得咖啡酸产量达到了9.3 g/L，是目前文献中报道微生物发酵生产咖啡酸的最高水平，该研究为咖啡酸的绿色生产以及其衍生物的高效微生物合成奠定了基础。
关键词：酿酒酵母；咖啡酸；预苯酸脱水酶；邻氨基苯甲酸合成酶；生物合成
主要结论
课题组在前期的研究中，以L-酪氨酸为前体，通过引入咖啡酸合成所需的基因以及敲除苯丙氨酸反馈抑制的Aro3、过表达酪氨酸反馈抑制不敏感突变体Aro4K229L和Aro7G141S、敲除丙酮酸脱羧酶Aro10和表达运动发酵单胞菌来源的环己二烯脱氢酶TyrC（图1），构建了一株产咖啡酸的酿酒酵母菌株YCA113-8B（Appl. Microbiol. Biotechnol., 2021, 105:5809-5818）。在该菌株中，L-苯丙氨酸和L-酪氨酸都是由预苯酸转化形成，L-苯丙氨酸途径是L-酪氨酸衍生物的主要竞争途径。阻断这条竞争途径可以使得碳代谢流转向L-酪氨酸衍生物的生物合成。在苯丙氨酸合成途径中，预苯酸脱水酶（PHA2）可以催化预苯酸生成苯丙酮酸，苯丙酮酸在芳香族氨基酸转移酶（Aro8/Aro9）作用下合成苯丙氨酸。为了进一步提高咖啡酸产量，本研究利用CRISPR/Cas9基因编辑系统敲除了YCA113-8B菌株基因组中的PHA2基因，构建了YCA113-16B菌株。经摇瓶培养72 h后，结果如图2所示，相比于YCA113-8B菌株，咖啡酸的产量提高了42%，达到了807.3 mg/L。此外，敲除PHA2后，细胞的生物量没有明显变化。
图 1 酿酒酵母中咖啡酸生物合成途径
Fig. 1 The biosynthetic pathway of caffeic acid in Saccharomyces cerevisiae
图2 敲除PHA2和TRP2对咖啡酸的影响
Fig. 2 The effect of knocking out PHA2 and TRP2 on caffeic acid production.
图3 回补URA3、HIS3和MET15营养缺陷基因对咖啡酸产量和生物量影响
Fig. 3 Effects of URA3, HIS3, and MET15 auxotrophic marker genes complementation on caffeic acid production and biomass
图4 YCA113-23BHM菌株分批补料发酵合成咖啡酸
Fig. 4 Fed-batch fermentation of YCA113-23BHM to improve the production of caffeic acid
团队简介
通
信
作
者
引用格式
袁豆豆, 周秀琪 ,庞雪晴 ,等 .代谢工程改造酿酒酵母发酵生产咖啡酸[J]. 食品与发酵工业, 2024, 50(19):17-24.
点击下方“阅读原文”可查看文章详情。
图文供稿| 作 者
编辑排版| 严浩东
内容审核| 董 玲
