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神经节苷脂是具有多种独特功能的唾液酸化的鞘糖脂,已被广泛应用于医药保健领域。其中,神经节苷脂GM3和GM2等在肿瘤细胞中过表达,这与它们具有高度保守的寡糖抗原决定簇相关。因此合成结构确定、均一的GM3、GM2寡糖对于肿瘤相关糖疫苗的开发具有重要意义。本论文通过在大肠杆菌中构建多酶表达体系,实现了GM3和GM2寡糖链的高效合成。并对粗酶液、全细胞等不同催化体系以及温度、pH等不同反应条件进行了探究。主要研究结果如下:（1）CMP-Neu5Ac合成酶和α-2,3-唾液酸转移酶表达优化。分别将Neisseira meningitides来源的CMP-Neu5Ac合成酶基因SiaB和Pasteurella multocida来源的α-2,3-唾液酸转移酶基因PmST3克隆到表达载体pETDuet-1、pRSFDuet-1、pCDFDuet-1、pACYCDuet-1上,并转化至E.coli BL21（DE3△LacZ,△NanA）。构建了E.coli BL21（DE3△LacZ,△NanA,pETDuet-SiaB）等8种SiaB表达菌株和E.coli BL21（DE3△LacZ,△NanA,pETDuet-PmST3）等8种PmST3表达菌株。随后在摇瓶发酵水平探究了不同载体对蛋白表达的影响,发现SiB和PmST3的最适表达载体均为pETDuet-1。在TB培养基中25℃诱导12 h后,SiaB和PmST3的表达量可分别达到52和35 mg×L-1。（2）粗酶液和全细胞催化体系合成GM3寡糖链。以pETDuet-1质粒为表达载体,成功构建了SiaB和PmST3共表达菌株E.coli BL21（DE3△LacZ,△NanA,SiaB,PmST3）。随后,对该工程菌在粗酶液和全细胞两种催化体系下的GM3寡糖链合成情况进行了探讨。结果表明在这两种体系下,合成GM3寡糖链的最适温度均为35℃,最适pH均为8.5。此外,结果还显示Mg2+和Ca2+均能促进酶促反应的进行。在最适条件下,两种体系中GM3的产率均可达到98%。其中,全细胞催化合成GM3的规模可以达到克级。（3）UDP-GlcNAc C4差向异构酶和β-1,4-乙酰氨基半乳糖苷转移酶的可溶表达和酶活验证。将Plesiomonas shigelloides来源的UDP-GlcNAc C4差向异构酶基因Wbg U和Campylobacter jejuni来源的β-1,4-乙酰氨基半乳糖转移酶基因CgtA（N端截短15个氨基酸）分别克隆至pRSFDuet-1、pCDFDuet-1载体,并转化至E.coli BL21（DE3△LacZ,△NanA）,成功构建了WbgU和CgtA表达菌株。在25℃下诱导12 h后,WbgU和CgtA的表达水平分别可达55和40 mg×L-1。将WbgU和CgtA两种酶纯化后以GM3和UDP-GlcNAc为底物,在37℃、pH 7.5的条件下以94%的产率合成GM2寡糖。（4）粗酶液和全细胞催化体系合成GM2寡糖链。成功构建了多酶共表达工程菌E.coli BL21（DE3△LacZ,△NanA,pETDuet-SiaB,pETDuet-PmST3,pCDFDuet-WbgU,pRSFDuet-CgtA△15）。对该工程菌在粗酶液和全细胞两种催化体系下的GM2寡糖链合成情况进行了探讨,结果表明这两种体系下在37℃,pH为7.5的条件下合成GM2的产率均可达到90%。