大肠杆菌合成5-氨基乙酰丙酸的调控机制研究

5-aminolevulinic acid (ALA)is an important metabolites that wide exists in plants, animal and microorganisms.It is the precursor of many pyrodines including heme,cyctochrome, as well as VB12. Previously we constructed an engineered E.coli that can accumulate ALA through C5 pathway.Inhibition of porphobilinogen synthase (HemB) in this pathway should further increased the ALA accumulation,but hemB is a necessary gene that can not be knocked out. Therefore we designed the controlled degradation of HemB by attaching a degradation tag on this protein. However,preliminary experiments indicated that the degradation of HemB did not increased the accumulation of ALA. In this project, we planned to investigate the regulation of ALA biosynthesis through C5 pathway. This includes the following steps: 1) transcriptional analysis of genes in C5 pathway and th whole genome after the degradation of HemB; 2) analysis of the physiological change and ALA accumulation after the controlled degradation of HemB; 3)analysis of the enzymatic activities in C5 pathway and possible interaction between these enzymes. We hope we can understand the regulation mechanism of ALA biosynthesis and therefore further increased the production of ALA in engineered E.coli.

5-氨基乙酰丙酸（ ALA）广泛存在于动植物和微生物细胞中，它是所有吡咯化合物包括细胞色素、亚铁血红素、维生素B12叶绿素等的前体物，在生物体的代谢中非常重要！在前期的工作中，我们构建了能够过量积累ALA的大肠杆菌工程菌。理论上通过抑制代谢途径中胆色素原合酶（HemB）的活性可以进一步提高ALA的产量，但由于HemB是必须基因不能敲除，于是我们设计了HemB的可控降解。然而初步试验发现在HemB的可控降解没有引起ALA积累的增加，反而使其减少。因此，在本研究中我们设计了以下实验：1）分析HemB可控降解后C5途径蛋白的表达和酶活的变化，以及可能存在的相互作用；2）分析大肠杆菌生理代谢的变化和ALA的积累情况及相互关系；3）在转录组水平上分析HemB可控降解对大肠杆菌的影响。我们希望通过这些研究能够解决ALA合成调控机制的关键问题，并以此为基础进一步调控ALA的合成。

5-氨基乙酰丙酸（ ALA）广泛存在于动植物和微生物细胞中，它是所有吡咯化合物包括细胞色素、亚铁血红素、维生素B12叶绿素等的前体物，在生物体的代谢中非常重要。在前期的工作中，我们构建了能够过量积累ALA的大肠杆菌工程菌。理论上通过抑制代谢途径中胆色素原合酶（HemB）的活性可以进一步提高ALA的产量，但由于HemB是必须基因不能敲除。因此，在本研究中我们设计了HemB的可控降解。1）分析HemB可控降解后C5途径蛋白的表达和酶活的变化，以及可能存在的相互作用；2）分析大肠杆菌生理代谢的变化和ALA的积累情况及相互关系；3）在转录组水平上分析HemB可控降解对大肠杆菌的影响。通过HemB的降解、小RNA表达调控、基因组规模的代谢途径分析以及转录组学分析，在研究ALA与heme调控机理的基础上进一步系统调控ALA的合成。同时通过构建ALAC4生物合成途径及发酵工艺优化，首次提出ALA双阶段发酵策略，实现了摇瓶生产中ALA产量达到14.7g /L以上。和传统生产路线相比，生产成本降低30%以上。该工程菌菌株具有很好的工业化应用前景。