结冷胶生物合成途径调控的分子机制

The change of gellan gum biosynthesis key enzymes, proteome and energy metabolism of Sphingomonas paucimobilis in different metabolism regulations were studied. The relationship of secondary metabolite (gellan) production or enzyme change and basal metabolism was clear by comparing the change. the molecular mechanism of gellan biosynthesis pathway regulation was raised. The results will provide a new attempt for understanding gellan synthesis mechanism and a reference for the other secondary metabolites. The project will also provide great significance to improve the production of industrial microbiology polysaccharide polymer and related areas of research level.

通过比较少动鞘氨醇单胞菌在不同代谢调控下的结冷胶合成关键酶的酶系差异、蛋白质组变化和能量代谢变化等，获得有关的少动鞘鞍醇单胞菌的次级代谢产物（结冷胶）的分泌与其酶活变化和基础代谢（如三羧酸循环或ED途径）之间的关系，提出结冷胶生物合成途径调控的分子机制，为深入了解少动鞘鞍醇单胞菌分泌结冷胶的合成机理提供一种新的尝试，同时也为其它次级代谢产物的分泌机理提供参考。本项目的研究成果及研究思路对提高我国工业微生物生产多糖及相关聚合物领域的研究水平具有重要意义。

考察了蔗糖初始浓度和培养温度对菌体细胞生长和结冷胶生物合成的影响，在此基础上提出了二阶段培养模式，探讨了不同培养模式下少动鞘氨醇单胞菌全细胞蛋白的蛋白质组、细胞通透性、结冷胶合成酶系的变化；发现采取二阶段培养模式，S. paucimobilis的细胞浓度达到4.2g/L，为分批培养过程中的最高细胞浓度；结冷胶产量达到22.61g/L，比分批培养提高了近35.71%。S. paucimobilis的合成代谢酶系活跃；细胞膜中不饱和脂肪酸的含量以及不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的比例明显增高；合成代谢相关的酶UDP-葡萄糖焦磷酸化酶和葡萄糖基转移酶活性也明显提高。进一步研究了2-脱氧-D-葡萄糖和氟化钠对结冷胶生物合成的影响，发现对基础代谢相关酶如2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸醛缩酶有一定的抑制作用，而对结冷胶合成相关酶如葡萄糖基转移酶等活性有明显提高。最后对结冷胶进行了初步的纯化，纯化后的结冷胶性能与商品化结冷胶性能相当。总之，结冷胶生物合成过程中可通过调控培养条件、适当添加基础代谢抑制剂提高结冷胶产量，实现了结冷胶高转化率和高产量的一致。