L-精氨酸合成及高产菌选育与发酵研究进展

库 利 棒 杆 菌
Ａ Ｃ １ ８ ８ 及 黄 色 短 杆 菌 Ｔ Ｃ３ ６
Ａ Ｃ １０ ７中 ， 建 精 氨 酸 工 程 菌 。最 近 ，ｋｄ Ｔ Ｃ ４６ 构 Ｉｅａ 等¨ 以 ３株 谷 氨 酸棒 杆 菌 突变 株 为 出发 菌 株进 行基 因 重 组 ， 得 高 产 精 氨 酸 菌 株 。 表 明 将 获 Ａ ｒＲ和 ａｇ ２ ａｇ ｒＢ ６组 合 并 导 人 野 生 型 ｃ ｌｔｍ — ．ｇｕａ ｉ ｃｍ 中 ， ｕ 可得 到 精 氨 酸 高产 菌 株 。来 源 于亮 氨酸
（ 江 师 范大 学 化 学 与生 命 科 学 学 院 ， 江 金 华 浙 浙 ３ １０ ） ２ ０４
摘
要
精 氨 酸是 合 成蛋 白质 的重 要 原 料 ， 一 些代 谢 途 径 的 中间 代谢 物 。 它在 人 和 动 物 体 内具 有 重 要 的 生 是
理 生 化 功 能 ， 食 品 与 医药 工 业 应 用 十 分 广 泛 。对 精 氨 酸 高产 菌 株 选 育 、 酵 工 艺优 化 、 核 生 物 中的 合 成 途 在 发 真 径 、 谢 调 控 机 制 等 方 面 最 新 研 究进 展 做 了 综述 。 代 关 键词 精氨 酸； 成途径 ； 控机制 ； 合 调 菌种 选育 ； 酵 生产 发 Ｑ １ ８５ 文献标识码 Ａ 文章 编 号 １０ ７ ２ （ ０ ２ ０ —０７ ０ ０ ５— ０ １ ２ １ ） １ ０ ０— ５
鸟氨 酸 ， 甲酰磷 酸的合 成 ， 氨 鸟氨 酸与 氨 甲酰磷 酸
合 成精 氨酸 。精氨 酸合成途 径见 图 １ 。
２ １ 精 氨酸 的合成 ．
２ １ １ 鸟氨 酸的合 成 ． ．
在 ２种 模式 生物 中 ， 氨 鸟
生 产菌株 的基 因 ｌ Ｃ ５ ， ｅ ４ ６ 能够 提高 氨基酸包 括精 ｕ
ｐ Ａ ｇ 导入 到宿 主谷 氨 酸棒 杆 菌 Ａ Ｃ １０ ２ 哈 Ｅ ｒｌ Ｔ Ｃ ３３ ，
ｓ） ａ ２种模 式生 物作 为研 究对 象 ， 精氨 酸合 成 做 对
了广 泛研究 。真菌 中精 氨酸 的合 成过程 一般可 分 为 ３个 主要 部分 ： 由谷 氨酸 经 一 系列 酶 作用 形 成
国内杨新 平 等 ¨ 利 用 含 有 ａｇ ｓｃ ｒＡ、ａ Ｃ编 码 序 列的 ｐ Ｒ ２ Ａ Ｇ ５的重组质 粒和 带标记 的大肠 埃希 菌 Ｌ Ｅ２ Ｇ －８中 ， 构建 成 了产精 氨 酸 的基 因工 程菌 ，
使糖 转化 率超 过 ４ ％ ， 产精 氨酸 ３ ／ ０ 可 ０ ｇ Ｌ以上 ，
提 出 了新 的建 议 ， 为筛 选 高产 精 氨 酸 菌 株 提供 新 的解决途 径 。
精 氨 酸 ， 占总 氨 基 酸 的 ８ ％ ， 约 ０ 因此命 名 为 精 氨 酸 （ ｒｉｉ ， ｒ） 精氨 酸 最初 是 在 羽扇 豆 苗提 取 ａｇｎ ｅ Ａ ｇ ， ｎ
物 中得 到 的… 。精 氨酸是 一种人 体半必 需 的碱 性
氨基 酸 ， 具有特 殊 的生理 生化 功能 ， 被广 泛 应用 于
食 品及 医药工 业 中 。精 氨酸不 仅对氨 中毒性 肝
昏迷 、 毒性肝 炎 的治疗 效果显 著 ， 通 过精 氨 病 还 酸 —一 氧化氮 通路所 产 生 的一 氧化 氮 ， 节一 系 列 调 免疫 过程 ， 肌 体起 着 全 方 位 的保 护作 用 。创 对 伤后 肌体 补充 适 当 的外 源 一 氨 酸 ， 以促 进 伤 精 可 口愈 合 ， 提高免 疫水平 。此 外 ， 究表 明 － 氨 研 精 酸在 男性 生殖 功 能 中起 到 作 用 ， 有 抗 粥样 动 也 脉硬 化 、 节 血 压 的 功 能 。在生 化 方 面 ， 氨 调 精 酸 是尿 素循环 及合 成聚 胺 、 酸 的代 谢 中间物 ， 肌 也
氨 酸操纵 子 的活性 。
酸 的合成 场 所 都是 线 粒 体
。首 先 ， 酰一ｏ 乙 ＣＡ
的乙酰基 在 乙酰谷 氨酸合成 酶催化 下转 移给谷 氨 酸形成 Ｎ 乙酰谷 氨 酸 ； ． 然后 ， － Ｎ 乙酰 谷 氨 酸 激 酶 和 Ｎ一 乙酰谷 氨酰 磷 酸 还原 酶 催 化 乙酰 谷 氨 酸 通 过 一个 不稳定 的磷 酸化 的中间物形 成 乙酰谷氨 酸
改进发 酵 是提高 精氨酸产 量 的另 一种 有效措 施 ， 优 化 发 酵 工 艺 上 ， 方 面 是 优化 培 养 基 配 在 一 方 ， 一方 面是 优 化 发酵 条 件 。如利 用 合适 的软 另
件设计 优化 方案 ， 调节初 始糖浓 度及补 加硫 酸铵 ， 改善供 氧策 略及 添 加前 体 物质 ¨ 。黄 继红 等 针 对 生物发 酵过 程 的 复杂 性 ， 利用 细胞 分析 仪 研
中 图分 类号
Ａｄｖ ｎｃ ｓ ｉ Ａｒ ｉ ｉ ｅ Ｂｉ ｓ ｎ ｈ ｓｓ ａ ｇ Ｙｉ ｌ ｉ ｇ ａ ｅ ｎ Ｌ－ ｇ ｎ ｎ ｏ ｙ ｔ ｅ ｉ ｎｄ Ｈｉ ｈ－ ｅ ｄ ｎ Ｓ ｒ ｉ ｅ ｄ ｎ ｎ ｒ ｅ ａ ｉｎ ｔ ａ ｎ Ｂｒ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｆｅ ｍ ｎｔ ｔｏ
且 杂 酸 量 很 低 。 近 两 年 ， 利 用 钝 齿 棒 杆 菌 已 （ ｏ ｎｂ ｃ ｒ ｍ ｃ ｎ ｔｍ） Ｙ Ａ 构 建 出 多 株 精 Ｃ ｒ ｅａｔ ｉ ｒ ａｕ Ｓ Ｐ ｙ ｅｕ ｅ 氨酸 工程 菌 。饶 志 明等 将 ａｇ ｒＨ构 建 钝齿棒 杆 菌重 组穿 梭 表 达 质 粒 ｐＣ － ｃｒＨ， 将 其 通 过 Ｊ １ｔ ａ ａ ｇ 并 电击 转化 法转 入 ｃ ｒ ａｕ Ｙ Ａ 中 ， 析其 发 ．ｃｅ ｔｍ Ｓ Ｐ ｎ 分 酵产 精氨 酸 ， 果 表 明与 出发 菌 株相 比精 氨酸 产 结 量 提高 了约 １ ． ％ ， ４ ． ／ 。最近 ， ｕ等¨ ４ ２ 达 ０ ９ｇ Ｌ Ｘ 对关 键酶 Ｎ 乙 酰 谷 氨 酸 激 酶 （ Ａ Ｋ） 一 Ｎ Ｇ 的序 列 进 行定 点诱 变 ， 成复合 突 变位 点 Ｎ Ｇ ， 而将 形 Ａ Ｋ ，进 其转 入 Ｃ ｒｎｂ ｃ ｒ ｍ ｃｅａｕ Ｙ Ａ—Ｃ 构 建 ｏ ｅａ ｔ ｉ ｒｎｔｍ Ｓ Ｐ Ｃ Ｂ， ｙ ｅｕ Ｃ ｒｎｂ ｃ ｒ ｍ ｃｅａｕ Ｙ Ａ Ｃ Ｂ ３ 氨酸工 程 ｏ ｅａｔ ｉ ｒｎ ｔｍ Ｓ Ｐ ・ Ｃ Ｍ精 ｙ ｅｕ 菌 ， 有抗精 氨 酸 反馈 抑 制 的特 性 。测 试该 工 程 具 菌精 氨 酸产 量可 达 ４ ． ／ 。Ｄ ｕ等 对 钝 齿 ５ ６ｇＬ ｏ 棒杆 菌突 变株 的双功能 酶鸟氨 酸 乙酰 基转移 酶进 行 研 究 ， 将 其 转 入 Ｃ ｒｎｂｃ ｒ ｍ ｃ ｎ ｔｍ 并 ｏｙ ｅａｔ ｉ ｒ ａｕ ｅｕ ｅ

１ 精 氨 酸 高 产 菌 选 育 及 发 酵 研 究
进 展
１ １ 高产精 氨酸菌 株选 育进 展 ． 自然界 中产精 氨酸 的正 常菌株 代 谢会 维持 在
一
个平 衡 的稳 定状 态 ， 菌株精 氨酸 产量低 ， 利 故 不
作 者 简 介 ： 向 鹏 男 ， 士研 究 生 。研 究 方 向 为微 生物 资 源 发 掘 与 利 用 。 Ｅｍ ｉ ｙｘ ＿３ ＠ １ ３ ｃｍ 于 硕 ・ａｌ ｕｐ９ ３ ６ ．ｏ ： 通 讯 作 者 。男 ， 授 ， 教 硕导 。研 究 方 向为 微 生物 资 源发 掘 与 利 用 。 Ｅｍａ ：ｒｎ ｚ ｕ ｃ — ｉ ｈｊ ＠ ｊ ．ａ ｌ ｉ ｎ
１２ ９ ９年 广 田氏研 究 鱼 精 蛋 白发 现 其 含 大 量
是 合成 胞浆 蛋 白与 核蛋 白的前 体 。 目前 精 氨酸 最 高产量 为 ９ ／ 。国 内菌株产 酸水平 和遗传 稳 ６ｇ Ｌ 定 性依然 处 于劣势 ， 且使用 菌种 单一 ， 被 噬菌体 易 污染 。在 重点综 述真 菌合成 精 氨酸研 究 进展 基础 上， 对精 氨酸发 酵前 景做 了探 讨 ， 并根 据 实 际情况
收稿 日期 ：０ １１ －３ 修 回 日期 ：０ １１—７ ２ １ －１０ ； ２ １・１１
１ 期
于 向 鹏 等 ：一 氨酸 合 成 及 高 产 菌 选 育 与 发 酵 研 究 进 展 ￡精
于工业 生产 。必 须 打破 合 成途 径 的平 衡 状 态 ， 获 得“ 不正 常 ” 的菌株 ， 提高精 氨酸产 量 。 精 氨酸 的合成 是 一条 没 有 分支 的途 径 ， 其关 键 酶受终 产物 精氨酸 的反馈 抑制 ， 因此 ， 传统选 育 以 ｕ Ｎ Ｇ Ｄ Ｓ等理 化 诱 变剂 处 理 优 良的出 发 Ｖ、 Ｔ 、 Ｅ 菌株， 主要 通过 筛 选 具有 精 氨酸 结 构类 似物 抗性 的变异 菌株 ， 除精氨酸对 合成途 径 的反 馈调 节 ， 解
ＹＵ Ｘｉｎ － ｅ ｇ Ｉ ｉ ｇ Ｉ ｉ ，Ｊ Ｎ Ｈａ—ｕ ａ ｇ ｐ ｎ ，Ｌ Ｕ Ｊｎ ，Ｌ Ｕ Ｊｅ Ｉ ｉｒ
（ ｏ１ ｆＣ ｅ Ｃｌ ．ｏ ｈｍ．＆ Ｌ ｅ ｃ ，Ｚ ｅａｇＮ ｒ ｌ ｎ． Ｊｎ ｕ ２０ ４ ｆ Ｓ ． ｈ ｉｎ ｏｍａ ｉ， ｉｈａ３ １０ ） ｉ ｉ ｊ Ｕ
７ ０
微 生物 学杂 志 ２ １ 年 １ ０２ 月第 ３ 卷 第 １ ２ 期 Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ ＩＲ ＢＯ Ｏ ＹＪ ． ０２Ｖ１ ２Ｎ ． Ｏ Ｒ Ａ ＦＭＣ Ｏ ＩＬ Ｇ ｎ ２１ ｏ ３ ｏ１ ａ ．
－
精 氨 酸合 成 及 高产 菌选 育 与发 酵 研 究 进展
于 向鹏 ，刘 静 ，刘 洁 ，金 海 如 ‘
究 了产精 氨酸 菌群 细胞 活性 能 ， 决 了原 位监 测 解 的 困难 ， 发酵 工艺优 化带来 了便利 。 为
从 而提 高产量 。也 可 以构建 精氨 酸工程 菌获得 优
良菌株 。这方 面早期 研究 已有文献 进行 了详细 的
综 述 。 。。
２ 真 菌 中精 氨酸 合 成及 调 控 研 究
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｌ ａ ｇｎ ｎ ｓａ ｍｐｏｔ ｎ ａ ｍａｅ ｉｌｆｒｔ ｅ ｐ ｏｅｎ ｙ ｈ ｓｓａ ｔｂｏｉ ｎｅ ｍｅ ｉ ｔ ｎ ｓ ｍｅ ｍｅ ａ ｓ ｒ ｃ ・ ｒ ｉｉ ｅ ｉ ｎ ｉ ｒａ ｔｒ ｗ ｔｒａ ｏ ｈ ｒ ｔｉ ｓ ｎｔｅ ｉ ｎｄ ｍｅ ａ ｌｃ ｉ ｔｒ ｄ ａｅ ｉ ｏ ｔ — ｂ ｌｃ ｐ ｔ ｗａ ｓ Ｉ ｏ ｓ ｓｅ ｍｐｏ ａ ｔｐｈ ｓｏｏ ｉａ ｎ ｉｃ ｅ ｃ ｌａ ｄ ｐｈ ｓｏｏ ｉａ ｕ ｃｉ ｎ ｎ ｈ ｏ ｉ ａ ｈ ｙ ． ｔｐ ｓ ｅ ｓ ｓ ｉ ｔ ｒ ｎ ｙ ｉｌ ｇｃ ｌａ ｄ ｂｏ ｈ ｍｉ ａ ｎ ｙ ｉｌ ｇｃ ｌｆ ｎ ｔｏ ｓｉ ｕｍａ ｎ ｎｉ ｌ ｎ ａ ｄ ａ ｍａ ｂ ｄｉｓ Ｉ ａ ｅ ｗｉ ｅｙ ａ ｐ ｉｄ ｉ ｐ ａ ｍａ ｅ ｔｃ ｌ ａ ｄ ｆｏ ｉｄｕ ｔｉ ｓ Ｔｈｅ ｂｒｅ ｎ ｆＬ—ｒ ｉ ｉ ｇ — ｉｌ ｉ ｇ ｏ ｅ ． ｔｈ ｓｂｅ ｎ ｄ ｌ ｐ ｌｅ ｎ ｈ ｒ ｃ ｕ ｉａ ｎ ｏ ｄ ｎ ｓｒｅ ． ｅ ｄｉｇ ｏ ａｇ ｎｎｅ ｈｉｈ ｙｅ ｄ ｎ ｓｒ ｉ ｔａｎ，ｏ ｔｍｉａｉ ｎ ｏ ｅｍ ｅ ｔｔｏ ｅ ｈ ｉ ｕ ｓ，ａ ｇｎ ｎ ｏ ｙ ｔ ｅｉ ａｈｗａ ｆｅ ａｙ ｔｃ ｏ ｇ ｎｓ ｎ ｈ ｄａｅ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｆｆ ｒ ｎ ａｉｎ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｒ ｉｉ ｅ ｂｉｓ ｎ ｈ ｔｃ ｐ ｔ ｙ ｏ ｕｋ ｒｏ ｉ ｒ ａ ｉｍｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｕｐ ｔ ｓｕ ｙ ｏ ｅ ｕｌｔｒ ｃ ｎｉｍ ｓｗｅ ｅ ｓ ｍｍ ａｉｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ． ｔ ｄ ｎ ｒ ｇ ａｏ ｙ ｍｅ ｈａ ｓ ｒ ｕ ｒｚ ｄ ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ Ｋｅ ｙｗｏｒ ｓ Ｌ・ ｇｎ ｎ ｄ Ａｒ ｉｉ ｅ； ｓ ｎ ｈ ｔｃ ｐ ｔｗａ ｙ ｔ ｅｉ ａｈ ｙ；ｒ ｇ ａ ｏ ｅ ｈａ ｉｍ ； ｓｒ ｉ ｒ ｅ ｉ ｇ；ｆ ｒ ｅ ｔｔｖ ｒ ｄ ｔｏ ｅ ｕｌｔｒ ｍ ｃ ｎ ｓ ｙ ｔａｎ ｂ ｅ ｄ ｎ ｅｍ ｎａｉ ｅ ｐ ｏ ｕｃｉｎ