Nat. Commun.∣重构超快生长需钠弧菌，用作以甲酸为底物的化学品生产平台

“Nature Communications∣重构超快生长需钠弧菌，用作以甲酸为底物的化学品生产平台”

文献信息：

Jinzhong Tian, Wangshuying Deng, Ziwen Zhang, Jiaqi Xu, Guiling Yang, Guoping Zhao, Sheng Yang, Weihong Jiang & Yang Gu.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-43631-2

Nature Communications 影响因子：17.694

背景介绍

甲酸（FA）已成为一种很有前途的生物炼制原料。然而，可高效利用甲酸的微生物宿主的开发仍然是一个巨大的挑战。

在这里，作者发现钠弧菌具有特殊的脂肪酸耐受性和代谢能力，通过重构丝氨酸循环和三羧酸循环，可形成一个非天然闭环（S-TCA）代谢通路，该通路作为一个强大的代谢库。

结合实验室进化，作者筛选出了可快速利用甲酸的工程菌株。进一步将外源靛蓝合成途径引入工程需钠弧菌中，72 h内消耗165.3 g·L⁻¹甲酸，消耗速率达到了2.3 g·L⁻¹·h⁻¹，同时产生29.0 g·L⁻¹靛蓝。

图文解读

图1 需钠弧菌甲酸代谢途径的对比

（a）以不同浓度甲酸钠为底物，需钠弧菌的生长情况。

（b）以不同浓度甲酸钠为底物，需钠弧菌的甲酸利用情况。

（c）需钠弧菌和其他一些具有代表性的甲酸盐利用微生物，涉及甲酸同化和异化途径的推测基因和基因簇。

图2 甲酸盐同化和异化途径的验证以及甲酸盐代谢途径的重组

（a）通过添加甲酸钠，测定参与四氢叶酸（THF）循环、三羧酸循环、丝氨酸循环、丙酮酸甲酸裂解酶（PFL）途径和甲酸脱氢酶（FDH）介导的甲酸异化途径中显著上调或下调的基因。    

（b）阻断FTL介导的THF循环、丙酮酸甲酸盐裂解酶（PFL）途径和甲酸脱氢酶（FDH）介导的甲酸盐异化途径（上），对钠弧菌细胞生长（中）和甲酸盐代谢（下）的影响。

（c）融合丝氨酸循环和三羧酸循环，创造新的代谢汇，以促进甲酸代谢通量。

（d-e）野生型菌株和重组的S-TCA-1.0菌株，在添加40g·L^-1甲酸钠的LBv2培养基中的生长(d)和甲酸盐消耗量(e)。

（f）在添加40g·L^-1甲酸钠的LBv2培养基中，野生型和S-TCA-1.0菌株的单位生物量的甲酸盐消耗量。

（a）需钠弧菌S-TCA-1.0的适应性实验室进化流程图。

（b）通过对S-TCA-1.0的进化，得到了S-TCA-2.0菌株。

（c）在添加85 g·L^-1甲酸钠的LBv2培养基中，S-TCA-2.0菌株的生长和甲酸盐消耗量。

（d）在S-TCA- 2.0的3个分离株中发生的9个突变基因。    

（a）靛蓝合成途径及相关质粒。

（b）由S-TCA-2.0-IE菌株生产靛蓝，以含有空白质粒的S-TCA-2.0菌株作为对照。    

（c）在LBv2培养基中添加40 g/L未标记的甲酸钠和60 g/L ¹³C标记的甲酸钠，S-TCA-2.0-IE中的11个氨基酸的平均¹³C丰度。

（d）在补料分批发酵模式中，S-TCA-2.0-IE的生长（左）、甲酸消耗（右）和靛蓝生产（右）情况。    

合成生物学相关内容讨论与合作，及文章投稿

欢迎联系我：shalafangjian

了解更多合成生物学内容，请关注 iSynFox 🦊: