代谢工程改造酿酒酵母从头合成N-乙酰神经氨酸OA

N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminic acid,Neu5Ac)是自然界最常见的唾液酸(sialic acids,SAs)家族成员之一,有着特殊的生理和生化功能。然而,传统的化学合成和天然物质提取等方法均无法满足可持续发展的需求。目前,Neu5Ac的微生物发酵已在大肠杆菌、枯草芽孢杆菌等原核生物中实现。该研究尝试利用一般公认安全(Generally Recognized as Safe,GRAS)微生物酿酒酵母作为底盘细胞,通过代谢工程改造构建一株以葡萄糖为碳源的Neu5Ac生产菌株。首先,以酿酒酵母BY4741作为出发菌株,通过过表达谷氨酰胺-果糖-6-磷酸转氨酶编码基因GFA1和氨基葡萄糖-6-磷酸乙酰转移酶编码基因GNA1,构建N-乙酰氨基葡萄糖(N-acetylglucosamine,GlcNAc)合成途径;后引入大肠杆菌来源的果糖-1-磷酸磷酸酶编码基因yqaB,强化GlcNAc合成通路;进一步敲除6-磷酸果糖-2-激酶的编码基因PFK26、PFK27减少碳流竞争;随后对GlcNAc合成途径的关键基因进行拷贝数优化,构建的NAG9菌株能够合成142.5 mg/L N-乙酰氨基葡萄糖;通过N-乙酰氨基葡萄糖-2-异构酶(N-Acetylglucosamine-2-isomerase,AGE)途径实现了N-乙酰神经氨酸从头合成,摇瓶发酵96 h,产量达到73 mg/L;最后,通过增加age和neuB拷贝数将Neu5Ac产量提升到158.5 mg/L。该研究可为利用酿酒酵母构建其他以糖酵解途径的中间代谢物为前体物的异源产物的合成提供参考与借鉴。