近期,广东省科学院微生物研究所朱红惠研究员团队在《Bioresource Technology》上发表了题为“Design of a dual-responding genetic circuit for high-throughput identification of L-threonine-overproducing Escherichia coli”的研究论文,成功开发了一种基于新型生物传感器的L-苏氨酸高通量筛选方法。

L-苏氨酸是一种重要的必须氨基酸,广泛应用于食品、动物营养和医药领域,是动物饲料中的第二限制性氨基酸,可以促进各种动物的生长,具有显著的经济价值。随着饲用豆粕减量替代行动的深入,L-苏氨酸的市场仍在不断扩大。代谢工程是提高L-苏氨酸生产效率的有效手段,然而在目前L-苏氨酸产量已达较高水平的情况下(120 g/L以上),通过理性改造提升生产效率已变得越来越困难。针对宿主菌、关键酶基因或调控元件开展大规模随机突变成为更加有效和重要的策略。大规模随机突变策略的成功应用有赖于可靠的高通量筛选方法,但目L-苏氨酸仍缺乏有效的高通量筛选方法。基于生物传感器的高通量筛选技术已在多种重要化学品生物合成中得到应用,针对L-苏氨酸工程菌育种过程中的高通量筛选难题,研究团队希望通过设计一种新型L-苏氨酸生物传感器,建立L-苏氨酸高通量筛选技术。

在研究过程中,研究团队发现L-苏氨酸存在一种“类诱导剂”现象,能够增强特定启动子控制下的基因的表达,且存在良好的剂量线性相关性。基于此,研究团队利用L-苏氨酸核糖开关,结合lacI-Ptrc信号放大系统,建立了一种新型L-苏氨酸生物传感器。该生物传感器可以有效区分不同生产性能的菌株,并成功应用于L-苏氨酸合成途径的优化和关键酶的定向进化,筛选获得多株优异突变体。研究结果为利用生物传感器提高大肠杆菌合成L-苏氨酸性能提供了一个有效的高通量筛选技术,对L-苏氨酸高产菌种的选育具有重要的推动作用。

论文的第一作者为苏卜利副研究员,朱红惠研究员和邓名荣研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划-“绿色生物制造”(2021YFC2100900),广东特支计划(2021JC06N628),广东省科学院发展专项资金(2022GDASZH-2022010201)等项目的支持。

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096085242400110X