大腸桿菌人工膜囊泡外排系統的建立研究取得進展

2020-12-22 生物谷

 

大的疏水分子，如類胡蘿蔔素，不能通過自然運輸系統有效地從細胞中排出。這些產物在細胞內積累，影響正常的細胞生理功能，阻礙進一步提高微生物細胞工廠類胡蘿蔔素的產量。因此，大型疏水分子需要一種新型的人工運輸系統，幫助其運輸至胞外。

中國科學院天津工業生物技術研究所研究員畢昌昊帶領的代謝工程與合成生物學技術研究團隊和研究員張學禮帶領的微生物代謝工程研究團隊進行合作，在大腸桿菌人工膜囊泡外排系統的建立方面取得新進展。由於類胡蘿蔔素屬於脂溶性色素，可以通過革蘭氏陰性菌分泌的外膜囊泡運輸，所以可以通過改造膜囊泡系統或構建人工膜囊泡系統提高類胡蘿蔔素轉運能力。該研究發現，通過敲除tolA， tolR以及nlpI等與大腸桿菌外膜結構有關的基因，細胞工廠外膜囊泡的分泌增加，外排部分的β-胡蘿蔔素的產量顯著提高。其中對tolA，nlpi或tolR，nlpI兩兩組合敲除，可以造成對於細胞外膜破壞的合力作用，外膜囊泡的分泌能力進一步加強，相應菌株外排部分的β-胡蘿蔔素產量與對照菌株相比提高35.6%，β-胡蘿蔔素的分泌量提高13.7%。在細胞膜組分合成單元與外排系統的組合方面，細胞膜組分上遊合成單元AccABCD與PlsBC的共表達，可以使菌株TW-013與菌株TW-015外膜囊泡的數量增加，並且外排部分的β-胡蘿蔔素產量高於對照菌株；使菌株CAR015中β-胡蘿蔔素產量提高3.2倍；使高產菌株CAR025中β-胡蘿蔔素產量提高61%。該研究構建的人工膜囊泡轉運系統建立了一種不同於天然蛋白質的細胞轉運系統的人工轉運機制，具有廣泛的應用前景。

此研究獲得中科院重點部署項目、國家自然科學基金和中央高校基本科研基金資助。相關研究成果發表在ACS Synthetic Biology 雜誌上。天津工生所聯合培養博士生武陶為文章第一作者，畢昌昊與張學禮為論文通訊作者。(生物谷Bioon.com）

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