大腸桿菌人工膜囊泡外排系統(tǒng)的建立研究取得進(jìn)展

大的疏水分子，如類胡蘿卜素，不能通過自然運輸系統(tǒng)有效地從細(xì)胞中排出。這些產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)積累，影響正常的細(xì)胞生理功能，阻礙進(jìn)一步提高微生物細(xì)胞工廠類胡蘿卜素的產(chǎn)量。因此，大型疏水分子需要一種新型的人工運輸系統(tǒng)，幫助其運輸至胞外。

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員畢昌昊帶領(lǐng)的代謝工程與合成生物學(xué)技術(shù)研究團(tuán)隊和研究員張學(xué)禮帶領(lǐng)的微生物代謝工程研究團(tuán)隊進(jìn)行合作，在大腸桿菌人工膜囊泡外排系統(tǒng)的建立方面取得新進(jìn)展。由于類胡蘿卜素屬于脂溶性色素，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(tǒng)或構(gòu)建人工膜囊泡系統(tǒng)提高類胡蘿卜素轉(zhuǎn)運能力。該研究發(fā)現(xiàn)，通過敲除tolA， tolR以及nlpI等與大腸桿菌外膜結(jié)構(gòu)有關(guān)的基因，細(xì)胞工廠外膜囊泡的分泌增加，外排部分的β-胡蘿卜素的產(chǎn)量顯著提高。其中對tolA，nlpi或tolR，nlpI兩兩組合敲除，可以造成對于細(xì)胞外膜破壞的合力作用，外膜囊泡的分泌能力進(jìn)一步加強，相應(yīng)菌株外排部分的β-胡蘿卜素產(chǎn)量與對照菌株相比提高35.6%，β-胡蘿卜素的分泌量提高13.7%。在細(xì)胞膜組分合成單元與外排系統(tǒng)的組合方面，細(xì)胞膜組分上游合成單元AccABCD與PlsBC的共表達(dá)，可以使菌株TW-013與菌株TW-015外膜囊泡的數(shù)量增加，并且外排部分的β-胡蘿卜素產(chǎn)量高于對照菌株；使菌株CAR015中β-胡蘿卜素產(chǎn)量提高3.2倍；使高產(chǎn)菌株CAR025中β-胡蘿卜素產(chǎn)量提高61%。該研究構(gòu)建的人工膜囊泡轉(zhuǎn)運系統(tǒng)建立了一種不同于天然蛋白質(zhì)的細(xì)胞轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的人工轉(zhuǎn)運機(jī)制，具有廣泛的應(yīng)用前景。

此研究獲得中科院重點部署項目、國家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲谢鹳Y助。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Synthetic Biology 雜志上。天津工生所聯(lián)合培養(yǎng)博士生武陶為文章**作者，畢昌昊與張學(xué)禮為論文通訊作者。