枯草芽孢杆菌生产健康糖的细胞工厂构建及发酵工艺研究

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D-塔格糖是稀少糖中的一种,是果糖的异构物,其口感与蔗糖相似,甜度是蔗糖的92%,但其在代谢中产生的热量仅为蔗糖的30%,具有很好的健康特性,可以用于预防龋齿,或是用于糖尿病尤其是II型糖尿病病人饮食中的甜味剂。D-塔格糖的酶法合成主要是通过L-阿拉伯糖异构酶(L-AI;EC 5.3.1.4)催化D-半乳糖异构化实现,常见的底物包括半乳糖、果糖和乳糖,它们的市场价格通常较为昂贵。因此,有必要开发一种高效的塔格糖合成途径,用于将某种廉价、来源广泛、可再生的底物转化生成塔格糖。本研究通过对枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)进行代谢工程改造,构建了一株可以用于塔格糖发酵生产的工程菌株。主要研究内容如下:(1)以枯草芽孢杆菌SCK6菌株为出发菌株,依次敲除了尿嘧啶磷酸核糖基转移酶编码基因upp、sigma-F因子编码基因spo IIAC、表面活性素合成酶基因srf AC、葡萄糖磷酸转移酶基因pts G、Hpr激酶基因hprk、6-磷酸果糖激酶基因pfk A和α-磷酸葡萄糖变位酶基因pgc A,最终获得具有7个基因缺失、在发酵特性和代谢流流向得到优化的枯草芽孢杆菌菌株SCK15;(2)通过高拷贝数质粒和组成型启动子在菌株SCK15中过量表达来自深古球菌(Archaeoglobus profundus)的塔格糖-6-磷酸酶(Ap TPP)和根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)来源的磷酸塔格糖异构酶(Atu TPE),使菌株获得将果糖-6-磷酸转化生成塔格糖的能力,获得了可以用于塔格糖发酵生产的工程菌株SCK15T。该菌株在含有葡萄糖的培养基中发酵获得了1.98 g?L-1塔格糖;(3)从培养温度和培养基中葡萄糖浓度两个方面探究了发酵条件对工程菌株SCK15T生产塔格糖的影响。在42℃、100 g?L-1葡萄糖条件下培养时,塔格糖积累量最高,达到4.35 g?L-1。研究结果为利用枯草芽孢杆菌发酵生产塔格糖奠定了良好的基础。
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