Saccharomyces cerevisiae NJWGYH30566产赤藓糖醇的辅酶工程及调控机理

糖尿病和肥胖症已逐渐成为严重的社会问题，加快对高品质低能量食品的研究与开发，其社会效益深远。赤藓糖醇是一种天然存在的低能量的甜味剂，广泛应用于食品、医药等领域。本项目以Saccharomyces cerevisiae NJWGYH30566为研究对象，利用辅酶工程技术调控酵母菌细胞内的辅酶存在形式及浓度，调节细胞内NADPH、NADP+含量，实现其选择性积累赤藓糖醇。从基因水平、蛋白质水平深入研究辅酶的生理功能及其对代谢流调控的机理，明晰赤藓糖醇过量合成过程中微生物胞内的相互制约因素，获得定向改变和优化微生物功能的途径。在透彻理解微生物过量合成赤藓糖醇生理代谢功能的基础上，探明通过改变微生物自适应性实现赤藓糖醇高效积累的调控机理，发展一种新颖、高效的通过辅酶工程调控微生物代谢途径，实现细胞代谢流最大化的方法，为微生物代谢功能的优化提供新的技术手段。

近年来，糖尿病和肥胖症已逐渐成为一个严重的社会问题，由此引发的高脂肪症、动脉硬化、冠心病、高血压等，时刻威胁着人们的健康，因此，加快对高品质的低能量食品及其关键基料的研究与开发，其社会效益深远。赤藓糖醇是一种天然存在的四碳糖醇，是一种食用安全的填充性甜味剂，主要是以微生物发酵法来制备，但由于发酵过程中常含有丙三醇、核糖醇等杂醇，影响了赤藓糖醇的结晶、收率和纯度。因此，准确测定赤藓糖醇及其杂醇的含量已愈来愈引起生产企业的重视。.本课题以Saccharomyces cerevisiae NJWGYH30566 为研究对象，通过分析微生物细胞生长和合成目标产物赤藓糖醇过程中胞外基质、产物和中间代谢产物、不同形式辅酶等物质的浓度和变化，建立碳物质和辅酶代谢网络模型；系统监测菌株在不同生长代谢时期积累赤藓糖和赤藓糖醇的代谢特征，改变通气量、搅拌转速，添加氧化性物质，完善合成途径关键酶基因的实时荧光定量PCR，结合二维蛋白电泳、色谱和质谱等技术手段，进行基因转录、蛋白质组和代谢物谱的分析，在分子水平上阐明这些手段的调控机理；在系统分析NADPH、NADP+在酵母菌生理代谢积累赤藓糖过程中的地位与作用基础上，通过分别强化表达与NADPH、NADP+合成或分解相关的基因，有效调节胞内的NADPH、NADP+含量，理解胞内微环境对赤藓糖醇生物合成的调控机制；通过对比分析上述环境扰动以及基因操作对赤藓糖醇产量的影响效果，阐明NADPH、NADP+形式及其浓度调控细胞代谢流及其通量的机制。.本课题利用辅酶工程技术改变酵母菌胞内的辅酶存在形式及浓度，有效的调控胞内辅酶含量，使细胞有选择性的高效积累赤藓糖醇，从基因水平到蛋白质水平对辅酶生理功能及其对代谢流调控机理进行了深入研究，透彻掌握了微生物体内的相互制约因素，建立起一套细胞过程模型，发现了定向改变和优化微生物功能的途径。在透彻理解赤藓糖醇生物合成生理功能的基础上，实现了赤藓糖醇高效生物合成的调控机理，发明了一种新颖、高效的通过辅酶调控微生物代谢途径，当起始糖浓度为20%时，发酵液中赤藓糖醇浓度达200g/L 以上，实现了细胞代谢流最大化地导向目标代谢产物的方法，为微生物代谢功能的优化提供新的技术手段。依托本课题的研究，课题组已发表论文16篇，基于研究内容授权专利2项，与研究技术相关专利12项，专著6本，培养了一批优秀的硕士研究生。