Giáo sư Chu Cảnh Văn, Phó Giám đốc Trung tâm Khoa học Thực phẩm Tương lai của Đại học Giang Nam, đã công bố một bài viết trên Synthetic and Systems Biotechnology: Synergetic engineering of Escherichia coli for efficient production of L-tyrosine。 Nghiên cứu này, thông qua các chiến lược kỹ thuật phối hợp, nhắm mục tiêu con đường shikusalate và tinh chỉnh các quá trình trao đổi chất và sử dụng sự tiến hóa thích ứng trong phòng thí nghiệm (MMC) để cải thiện khả năng dung nạp của các chủng đối với các điều kiện axit, cuối cùng đã thu được một chủng được tối ưu hóa có khả năng sản xuất 92,5 g/L L-tyrosine trong 62 giờ trong một máy lên men 5 lít, có ý nghĩa quan trọng đối với việc sản xuất công nghiệp L-tyrosine.

Được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, hóa chất và dược phẩm, L-tyrosine không chỉ là tiền thân của nhiều sản phẩm tự nhiên như axit caffeic, flavonoid và curcumin, trong số những người khác, mà còn liên quan đến việc tổng hợp thuốc L-DOPA để điều trị hội chứng Parkinson. Mặc dù L-tyrosine có giá trị công nghiệp quan trọng, quá trình tổng hợp hóa học truyền thống hoặc sản xuất tyrosine bằng phương pháp enzyme có nhược điểm về chi phí cao và độ ổn định kém. Phương pháp lên men vi sinh vật sản xuất tyrosine có lợi thế về chi phí thấp, thao tác đơn giản, nhưng cũng tồn tại những khuyết điểm như sản lượng thấp, các chủng lên men mật độ cao không đủ ổn định.

Sử dụng E. coli WSH-Z06 làm chủng bắt đầu, các nhà nghiên cứu đã xác minh sự biểu hiện và loại bỏ hỗn hợp của một số gen liên quan đến sự tích tụ axit shishillic và axit amin thơm, kết quả là một chủng kết hợp 4 gen biểu hiện quá mức với 3 gen, và sản xuất L-tyrosine 48 giờ đạt 4,22 g/L (Hình 2). Sau đó, việc bổ sung con đường phospholyketase (PK) vào con đường shikusyrate của nó cho thấy sự gia tăng 9,8% OD600 của chủng trong chai lắc, nhưng xu hướng giảm sản xuất L-tyrosine nói chung. Sau khi tích hợp hai gen chuyển đổi NADH và NADPH, sản lượng chủng tăng lên 6,17g/L (Hình 3a). Chủng này được lên men ở cấp độ lên men 5L, với sản lượng L-tyrosine đạt 50,2 g/L, trong khi axit axetic 12,4 g/L (Hình 3b) được phát hiện trong dung dịch lên men và nồng độ axit axetic cao dẫn đến ức chế rõ rệt sự phát triển của vi khuẩn (Hình 3b).

Để giảm sự tích tụ axit axetic, việc loại bỏ gen của con đường sản xuất axit axetic E. coli đã làm giảm 33,6% sản lượng axit axetic và cải thiện một chút sự phát triển của vi khuẩn. Tăng cường hơn nữa khả năng dung nạp axit axetic, cải thiện năng suất lysine, tiến hóa thích ứng với MMC (Microbiome Drop Continuous Generation Evolution), sàng lọc hơn 200 giọt theo hệ thống giọt 50 lần, liên tục tăng nồng độ axit axetic, tạo ra các chủng phát triển tốt ở pH 5.1, tốt nhất là sản lượng bình lắc ở mức 7,11 g/L (Hình 4). Bằng cách kiểm soát nồng độ glucose so với oxy hòa tan trong một máy lên men 5L, sản lượng L-tyrosine cuối cùng đạt 92,8 g/L.

Loạt chiến lược kỹ thuật tích hợp này đã thúc đẩy đáng kể việc sản xuất L-tyrosine trong tổng hợp vi sinh vật, cung cấp hỗ trợ thử nghiệm mạnh mẽ cho sản xuất cấp công nghiệp.

Hình 1 Con đường sinh tổng hợp glucose L-tyrosine

Hình 2 Sản xuất lysine sau khi loại bỏ và biểu hiện quá mức gen

Hình 3 Tối ưu hóa chai lắc căng thẳng với kết quả lên men 5L

B5-05=giá trị thông số Kd, (cài 2)

Liên kết bài viết: https://doi.org/10.1016/j.synbio.2023.10.005