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本研究通过对中心碳代谢途径、血红素合成途径、细胞壁的合成途径以及甘氨酸途径的改造,研究了谷氨酸棒杆菌生产5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)的潜力。首先,通过克隆来自类球红细菌的5-氨基乙酰丙酸合酶基因(hemA)在谷氨酸棒杆菌中实现了5-ALA的积累;其次,通过失活乙酸乳酸生成途径,进一步提高了5-ALA的产量;随后,通过改造回补途径,5-ALA的产量达到了2.06g/L;进一步失活琥珀酰Co A竞争途径不能有效提高5-ALA的产量。5-ALA的合成是血红素合成途径的限速步骤,为了研究血红素合成途径相关基因对5-ALA积累的影响,首先单独过表达了hemC、hemD、hemE和hemN基因。结果发现,用低拷贝质粒pEP2过表达hemD基因可以使5-ALA的产量提高29.2%;下调hemH基因和hem Y基因的表达水平可以分别使5-ALA的产量提高14.0%和5.3%。细胞壁对5-ALA的分泌影响很大,而青霉素结合蛋白在细胞壁的合成过程中起着重要的作用。本文分别敲除了四个编码高分子量青霉素结合蛋白的基因(包括pbp1a,pbp1b,pbp2a和pbp2b)。结果表明,单独敲除pbp1a,pbp1b以及pbp2b可以使5-ALA的产量分别提高13.5%,29.5%和22.2%。为了进一步加速5-ALA的分泌,本文利用低拷贝质粒pEP2分别过表达了不同来源的苏氨酸运输蛋白编码基因。研究发现,过表达来自大肠杆菌的rhtA基因可以加速5-ALA的运输,获得的工程菌C.glutamicum R1生产5-ALA的能力提高了18.5%。本文考察了不同发酵培养基以及发酵条件对C.glutamicum R1生产5-ALA的影响,利用优化后的培养基以及发酵条件,C.glutamicum R1能够生产3.40 g/L 5-ALA。在添加青霉素的条件下,C.glutamicum R1在5 L发酵罐中能够生产10.43 g/L 5-ALA。为了增强甘氨酸合成途径的通量,本文对该途径进行了代谢工程改造。在不添加甘氨酸的情况下,过表达谷氨酸棒杆菌本身的丝氨酸操纵子serAΔ197CB可以使5-ALA的产量提高69.2%;进一步敲除L-丝氨酸脱氨酶编码基因sdaA使5-ALA的产量明显降低;在过表达丝氨酸操纵子的基础上过表达glyA基因获得工程菌C.glutamicum AG3,该菌株生产5-ALA的能力提高了1.48倍。对甘氨酸合成途径的改造也可以提高工程菌在添加甘氨酸情况下生产5-ALA的能力,在同样添加7.5 g/L甘氨酸的情况下,C.glutamicum AG3可以生产2.72 g/L 5-ALA,比参照菌株的产量提高了39.5%。