El L - triptófano es un aminoácido importante que se utiliza ampliamente en la producción de alimentos, medicamentos y piensos. En la actualidad, la mayoría de las cepas de ingeniería que producen L - triptófano a través de la fermentación biológica son Escherichia coli y corynebacterium glutamicum, que se modifican principalmente a través de métodos razonables como la ingeniería metabólica y la biología sintética. Sin embargo, debido a la larga vía metabólica del L - triptófano en las células microbianas y el complejo mecanismo de regulación, las cepas productoras todavía tienen problemas como la baja eficiencia de producción y la mala robustez, a menudo necesitan transformar y mejorar la capacidad de producción de las cepas a través de métodos irrazonables como la evolución adaptativa.
Para construir una cepa de producción eficiente de l - triptófano, los investigadores han optimizado sistemáticamente la CEPA utilizando la cría tradicional de mutaciones y varias estrategias de ingeniería metabólica para los principales factores que limitan la síntesis de l - triptófano, y hasta ahora han logrado una serie de resultados fructíferos. Estas modificaciones se concentran principalmente en E. coli y otras bacterias, y las estrategias de transformación incluyen los siguientes aspectos.
Mechanism of L-tryptophan in intracellular feedback regulation
1. mejorar la síntesis de precursores
El L - triptófano tiene una vía sintética compleja en múltiples pasos en las células y requiere muchos precursores. Sin embargo, estos precursores están ampliamente involucrados en la respuesta metabólica de diversas sustancias en la célula. Por lo tanto, aumentar la síntesis de precursores dentro de las células o limitar el consumo de precursores en otras vías metabólicas es una forma efectiva de mejorar la capacidad de síntesis de l - triptófano.
1.1 promover la síntesis de dahp
El aumento de la tasa de síntesis de dahp es la clave para aumentar la vía común de entrada de carbono y una forma factible de promover la acumulación excesiva de l - triptófano en las células.
1.2 aumentar la actividad enzimática en vías comunes
Entre las vías comunes, sustancias como shik, epsp y Cha son metabolitos intermedios importantes. Aunque ya existen situaciones que mejoran la eficiencia de las vías comunes aumentando la producción de Pep y e4p, la limitación de la actividad de una serie de enzimas en las vías comunes sigue siendo un factor importante que obstaculiza su eficiencia sintética.
2. vías mejoradas de rama del L - Triptófano
Después de las vías metabólicas comunes, se pueden utilizar las vías metabólicas de l - triptófano, L - fenilalanina y L - tirosina como vías metabólicas de cha. Por lo tanto, para aumentar la producción de l - triptófano, es necesario hacer que el mayor número posible de Cha fluya a la vía metabólica del L - triptófano a través de la regulación metabólica.
2.1 bloquear las vías metabólicas de l - fenilalanina y L - Tirosina
Bloquear las vías metabólicas de l - fenilalanina y L - tirosina no solo puede guiar más Cha a la vía del L - triptófano, sino también reducir la inhibición de retroalimentación de estos dos aminoácidos en la vía común y la vía metabólica central. Debilitar la expresión de los genes phea y Tyra o reducir la actividad de estas dos enzimas es el principal método para bloquear las vías metabólicas de l - fenilalanina y L - tirosina.
2.2 dragado de la vía metabólica de la rama del L - Triptófano
Además de eliminar las dos vías metabólicas ramificadas mencionadas anteriormente, la producción de l - triptófano también aumenta aumentando la vía metabólica del L - triptófano, principalmente a través de la inhibición de retroalimentación y la sobreexpresión de la enzima sintasa correspondiente.
3. transformación del sistema de transporte
Cuando la concentración de l - triptófano en la célula es demasiado alta, puede perturbar el equilibrio metabólico de la célula y producir toxicidad fisiológica para la célula. Por lo tanto, reducir el contenido de l - triptófano en las células es uno de los factores clave para aumentar la producción de l - triptófano. Sin embargo, debido a que se desconoce el mecanismo de la secreción de l - triptófano, la modificación del sistema de transporte se centra principalmente en bloquear la vía de absorción. En E. coli, hay tres genes de proteína de transporte que pueden regular la absorción de l - triptófano, a saber, los genes mtr, tnab y arop. Entre ellos, los dos transportistas codificados por los genes MTR y tnab son específicos para el L - triptófano y codifican dos enzimas osmóticas con diferentes afinidades. La enzima de transporte codificada por el gen Arop no es específica para el L - triptófano, pero también puede transportar L - tirosina y L - fenilalanina. Al mismo tiempo, la absorción de l - triptófano por corynebacterium glutamicum está completamente regulada por el gen arop. Sin embargo, el mecanismo del sistema de descarga de l - triptófano aún no se ha analizado claramente y su método de regulación aún no está claro.
4. la evolución adaptativa mejora el rendimiento de las cepas productoras de l - Triptófano
4.1 evolución adaptativa tradicional
La evolución adaptativa es un método que combina presiones de selección artificial para simular procesos de compilación y selección en la evolución natural, realizar la evolución direccional de microorganismos en condiciones de laboratorio y lograr la selección de individuos con buenos rasgos de poblaciones evolutivas.
4.2 combinación de biosensores
Los biosensores son ampliamente utilizados en biología sintética y pueden regular la expresión de genes aguas abajo induciendo la concentración de las sustancias correspondientes. Al combinar la originalidad de la biología sintética con la evolución adaptativa, es propicio para que las células expresen rasgos específicos de diferentes intensidades de acuerdo con las diferencias en la concentración de triptófano en las células, proporcionando así las condiciones para una detección eficiente.
