5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinicacid,ALA)是一种高附加值非蛋白氨基酸,在医药领域用于光动力学治疗和癌症诊断,在农业领域作为植物生长促进剂以及除草剂和杀虫剂的重要成份。目前ALA产业化生产主要通过高成本、高污染的化学法合成,导致ALA价格昂贵,限制了ALA的市场开发和应用;微生物发酵法合成ALA近期已经实现了工业化生产,常用宿主菌是大肠杆菌(Escherichia coli),由于E.coli自身产生内毒素的缺点限制了 ALA的应用范围。谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)作为一种相对安全菌株广泛用于生物发酵领域。实验室前期已经在C.glutamicum ATCC13032中初步构建了碳四途径,实现了ALA的积累。本课题以此为基础开展,主要研究内容和结果如下:首先,确定了以酵母粉为有机氮源的摇瓶培养基,结合诱导剂、前体和接种量的优化最终建立了一个稳定的摇瓶发酵体系,优化后ALA的积累量提高45.54%。其次,在摇瓶发酵体系的基础上,通过优化生物素以及氮源种类和用量建立了C.glutamicum ATCC13032利用碳四途径合成ALA的小试发酵体系。结合对发酵过程参数的优化,确定最优的5 L发酵罐发酵工艺,优化后ALA积累量达到了28 g/L,是目前文献报道的最高水平。第三,通过比较不同来源ALAS在C.glutamicum ATCC13032中的表达,确定表达沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris ATCC17001)的 hemA 因最利于 ALA 的合成。通过优化该基因的RBS序列,将工程菌的摇瓶发酵水平ALA产量提高了 16.67%。第四,通过改变RBS序列对四碳回补途径关键酶—磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶PPC的表达量进行优化,结果显示在摇瓶水平,新菌株的ALA产量为5.52g/L,比出发菌株提高了 33.01%。本课题优化了C.glutamicum ATCC13032利用碳四途径合成ALA的摇瓶发酵体系,建立了小试发酵体系,并通过优化关键酶的表达量成功地实现了ALA产量的进一步提升,为ALA的工业化生产和应用推广奠定了基础。