大腸桿菌異源生產(chǎn)丁醇途徑組裝及啟動(dòng)子優(yōu)化

唐瑋，李鍵，陳軍，楊晟

中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所 中國科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032

通過優(yōu)化啟動(dòng)子調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄水平，疏通限速步驟，可達(dá)到提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的目的[1-2]。但是利用強(qiáng)啟動(dòng)子并不一定有效，因?yàn)橐恍┠康幕虻谋磉_(dá)產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物可能對(duì)菌體有毒性，從而抑制菌體生長[3-4]，例如有研究表明在大腸桿菌中過表達(dá)編碼磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的基因pck會(huì)給菌體生長帶來負(fù)擔(dān)[5]；并且因?yàn)榇蠖鄶?shù)的生物過程都是由多個(gè)基因相互影響的，很難通過調(diào)控一個(gè)基因得到最優(yōu)化的途徑。利用不同強(qiáng)度的啟動(dòng)子與不同基因的組合表達(dá)可以獲得性狀最優(yōu)的組合[6]。大腸桿菌是常用的異源表達(dá)宿主[7]，已有前人通過易錯(cuò)PCR獲得了不同強(qiáng)度的啟動(dòng)子可用于途徑優(yōu)化，Alper和Braatsch等人構(gòu)建了一系列不同強(qiáng)度的組成型啟動(dòng)子，其中 Alper系列包括強(qiáng)啟動(dòng)子 Alper PLTetO1和弱啟動(dòng)子Alper BB等，Alper PLTetO1的啟動(dòng)子強(qiáng)度是Alper BB的兩倍[8]，Braatsch系列包括強(qiáng)啟動(dòng)子Braatsch 20和弱啟動(dòng)子Braatsch 10等，Braatsch 20的啟動(dòng)子強(qiáng)度是Braatsch 10的兩倍[9]，可以利用這些不同強(qiáng)度的啟動(dòng)子與途徑中不同的基因進(jìn)行組合，通過檢測(cè)產(chǎn)物獲得最優(yōu)化的菌株。

傳統(tǒng)工業(yè)上利用丙酮丁醇梭菌生產(chǎn)丁醇[10-11]，近年來通過大腸桿菌異源合成丁醇成為研究熱點(diǎn)[12-13]。丁醇合成途徑中相關(guān)的有編碼硫解酶的thlA基因、bcs-operon以及醛/醇脫氫酶基因adhE1和adhE2。其中的bcs-operon由基因crt、bcd、etfAB、hbd組成，分別編碼巴豆酸酶、丁酰輔酶 A脫氫酶，負(fù)責(zé)電子轉(zhuǎn)移的黃素蛋白亞基，β-羥-丁酰輔酶A脫氫酶?！?br>