赤藓糖醇被称为“0”热量甜味剂,甜度约为蔗糖的60%-70%,热量为0.2 kcal/g,为蔗糖的5%,是糖醇中热量最低的产品。在全球减糖的大背景下,赤藓糖醇受到世界上食品生产巨头和消费者的青睐。另外,赤藓糖醇在热能储存及作为平台化合物方面具有很大的潜力。进一步降低生产成本,将会大大拓展赤藓糖醇在人们生活生产中的应用。
EryD是布鲁氏杆菌赤藓糖醇操纵子的操控基因。该操纵子由三个编码赤藓糖醇降解途径酶的功能基因EryA,EryB和EryC以及一个转录阻遏物基因EryD组成。EryD在没有赤藓糖醇的情况下抑制EryABC表达。但是当赤藓糖醇存在时,赤藓糖醇与EryD结合并诱导构象变化,使EryD从Ery操纵子上解离并使EryABC正常转录。研究人员首先以来自布鲁氏杆菌的转录调控因子EryD为核糖开关,以eGFP为报告基因,以E.coli BL21(DE3)为宿主构建了合成型微生物传感器。利用EryD对赤藓糖醇的特异性反应,研究人员将T7系统中的lacO区域置换为Ery 操纵子的假定操纵序列,在T7启动子后添加绿色荧光蛋白基因,并对EryD传感器系统进行优化和表征,开发成产赤藓糖醇菌株的高通量筛选工具。然后,以适应性进化筛选的耐热菌BBE-18为出发菌株,通过紫外和常温室压等离子体复合诱变构建突变体菌株文库,经高通量筛选获得了186株高产菌。摇瓶发酵76 h,最优菌株yliUA8比对照菌株的赤藓糖醇产量提高了1.4倍,到达103g/L,在3L发酵罐中,通过补料分批发酵赤藓糖醇产量达到148 g/L。
研究工作得到国家重点研究发展计划(2017YFB0308401、2019YFC 1605800),国家轻工技术与工程一级学科项目(LITE2018-08),111项目(111-2-06),江南大学教育部工业生物技术重点实验室开放项目(KLIB-KF201706)等的资助。以“Combining genetically-encoded biosensors with highthroughput strain screening to maximize erythritol production in Yarrowia lipolytica”发表在期刊Metabolic Engineering上(Qiu et al., 2020, Metabolic Engineering,
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)。2016级博士生邱学良为论文第一作者,李江华教授和张娟教授为通讯作者。