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天津工業生物所在大腸杆菌人工膜囊泡外排系統的建立取得重要進展
  星空娱乐平台:2019-10-17    供稿部門:

大的疏水分子,如類胡蘿蔔素,不能通過自然運輸系統有效地從細胞中排出。這些産物在細胞內積累,影響正常的細胞生理功能,阻礙進一步提高微生物細胞工廠類胡蘿蔔素的産量。因此,大型疏水分子需要一種新型的人工運輸系統,幫助其運輸至胞外。

中科院天津工業生物技術研究所畢昌昊研究員帶領的代謝工程與合成生物學技術研究團隊和張學禮研究員帶領的微生物代謝工程研究團隊研究團隊進行合作,在大腸杆菌人工膜囊泡外排系統的建立方面取得重要進展。由于類胡蘿蔔素屬于脂溶性色素,可以通過革蘭氏陰性菌分泌的外膜囊泡運輸,所以可以通過改造膜囊泡系統或構建人工膜囊泡系統提高類胡蘿蔔素轉運能力。本研究發現,通過敲除tolA, tolR以及nlpI等與大腸杆菌外膜結構有關的基因,細胞工廠外膜囊泡的分泌增加,外排部分的β-胡蘿蔔素的産量顯著提高。其中對tolAnlpitolRnlpI兩兩組合敲除,可以造成對于細胞外膜破壞的合力作用,外膜囊泡的分泌能力進一步加強,相應菌株外排部分的β-胡蘿蔔素産量與對照菌株相比提高35.6%β-胡蘿蔔素的分泌量提高13.7%。在細胞膜組分合成單元與外排系統的組合方面,細胞膜組分上遊合成單元AccABCDPlsBC的共表達,可以使菌株TW-013與菌株TW-015外膜囊泡的數量增加,並且外排部分的β-胡蘿蔔素産量高于對照菌株;使菌株CAR015β-胡蘿蔔素産量提高3.2倍;使高産菌株CAR025β-胡蘿蔔素産量提高61%。本研究構建的人工膜囊泡轉運系統建立了一種不同于天然蛋白質的細胞轉運系統的人工轉運機制,具有廣泛的應用前景。

此研究获得中國科學院重点部署项目、国家自然科学基金和中央高校基本科研基金资助。相关研究成果发表在ACS Synthetic Biology杂志上。中科院天津工业生物所联合培养博士生武陶为文章第一作者,中科院天津工业生物所毕昌昊與张学礼研究员为论文通讯作者。

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1.外膜囊泡系统改造示意圖


菌株CAR015TW-013(pAcc,pPlsBC)透射電子顯微鏡照片,白色箭頭表示外膜囊泡 

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