代謝工程改造谷氨酸棒桿菌生產L-半胱氨酸方面取得進展

L-半胱氨酸是一種重要的含硫氨基酸，廣泛應用於食品、醫藥和化妝品等領域，具有廣闊的應用前景。目前，L-半胱氨酸僅能通過毛髮水解的方法生產，然而該工藝具有高汙染和低得率等缺點，限制了L-半胱氨酸的大規模生產。近年來，隨著合成生物學技術的不斷發展，利用微生物發酵法生產L-半胱氨酸的研究引起了廣泛關注。然而由於L-半胱氨酸複雜的代謝途徑和嚴謹的調控作用，通過微生物發酵法生產L-半胱氨酸的產量和得率較低，無法滿足工業化生產需求。

中國科學院天津工業生物技術研究所研究員劉君帶領的微生物生理和代謝工程研究組以谷氨酸棒桿菌為宿主細胞，探究了L-半胱氨酸合成瓶頸，構建了高效的L-半胱氨酸合成細胞工廠。該研究首先通過敲除半胱氨酸脫巰基酶和過表達自身的絲氨酸乙醯轉移酶（cysE），實現了L-半胱氨酸的積累。然後通過多種代謝工程策略進一步提高L-半胱氨酸的合成，包括增強關鍵酶CysE的表達強度；比較多個異源的CysE，尋找最優的候選者；過表達L-半胱氨酸合成酶增強合成通量；比較多個異源的轉運蛋白，增強L-半胱氨酸的轉運能力以及提高前體絲氨酸的供給等策略。最終獲得的工程菌株CYS-19能夠積累947.9±46.5 mg/L L-半胱氨酸，是目前報導的利用谷氨酸棒桿菌生產L-半胱氨酸的最高水準。

該研究獲得國家自然科學基金、天津市自然科學基金的支持，相關研究結果已發表於applied Microbiology and Biotechnology 雜誌。天津工生所博士生魏亮和客座研究生王浩為論文共同第一作者，劉君為論文通訊作者。