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武大与先进院合作:首次在酿酒酵母中构建完整的维生素B5异源合成途径

 作者：本站编辑  2023-05-17 13:45:02  52

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维生素B5（D-泛酸）在细胞中参与碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢，是人体必需的维生素之一，被广泛应用于医药、饲料、食品、保健等领域。D-泛酸目前主要通过化学-酶法生产，该过程涉及大量含氰废水的处理，随着人们对环境保护的重视，该方法面临着巨大的挑战。合成生物学技术因其绿色环保的特点，是实现D-泛酸生产可持续发展的突破口。

武汉大学刘天罡教授团队与中科院深圳先进技术研究院马田副研究员团队合作，首次在酿酒酵母中构建了完整的D-泛酸的高效合成途径，并通过系统代谢工程对合成途径进行优化，最终使用廉价培养基且无前体、无诱导剂、无抗生素添加，实现4.1 g/L D-泛酸的合成，是目前报道酿酒酵母从葡萄糖从头合成D-泛酸的最高产量。相关文章发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry上。

D-泛酸合成途径关键酶的筛选及适配

D-泛酸的生物合成途径为三个模块：β-丙氨酸合成模块、D-泛解酸合成模块和两者的缩合模块，过程涉及7步关键酶（下图）。在酿酒酵母中构建了D-泛酸异源合成途径，并实现利用基本碳源且无前体添加合成D-泛酸。

研究团队通过对三个模块的基因进行拷贝数的优化，进一步强化D-泛酸合成途径。发现D-泛解酸合成模块、β-丙氨酸合成模块和前体缩合模块拷贝数为3:1:2时，工程菌合成泛酸的能力最强。

另外，D-泛酸合成途径中存在多个竞争途径，通过对丙酮酸与酮异戊酸两个关键中间代谢物对不同竞争途径进行删减或削弱，进一步优化了菌株。通过对竞争途径关键基因的敲除，作者发现leu4、bat1、gpd1和gpd2四个潜在D-泛酸增产的有效位点。随后，通过过表达pos5平衡细胞内的氧化还原力，过表达mae1增加前体丙酮酸，获得D-泛酸高产菌株。