重组大肠杆菌全细胞催化高效合成胆绿素
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国家重点研发计划(2019YFA0905300);国家自然科学基金(31700041);天津市合成生物技术创新能力提升行动项目(TSBICIP-KJGG-001-14);新疆生产建设兵团科技攻关计划项目(2019AB009);江南大学基本科研计划青年基金(JUSRP12017)


Efficient production of biliverdin through whole-cell biocatalysis using recombinant Escherichia coli
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    摘要:

    胆绿素作为一种重要的保护细胞的抗氧化剂,其传统生产方法主要由胆红素的化学氧化产生,但过程复杂、纯度不高。本研究提出了一种高效、绿色、安全的生产胆绿素的方法。通过比较,筛选得到了破伤风梭状芽孢杆菌(Clostridium tetani)来源的血红素加氧酶(heme oxygenase,HO)基因,并成功构建具备转化血红素合成胆绿素能力的重组大肠杆菌(Escherichiacoli) BL21/pETDuet-hoCt。在pH 7.0、35℃、100 mg/L底物浓度条件下胆绿素产量为32.9 mg/L。为提高还原力,构建了基于谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase,GdhA)的NADPH辅酶再生系统,获得重组菌E.coli BL21/pETDuet-gdhAEc-hoCt,胆绿素产量为71.5 mg/L。此外,通过引入膜表面展示系统,构建重组菌E.coli BL21/pETDuet-gdhAEc-blc/hoCt,缩短转化时间的同时,胆绿素产量进一步得到提高,达到76.3 mg/L,是目前生物法合成胆绿素的最高研究报道。本研究为胆绿素的绿色生产奠定了良好的基础。

    Abstract:

    Biliverdin is an important cellular antioxidant. Traditionally, biliverdin is produced by chemical oxidation of bilirubin, which is a complex process and the final product is of low purity. Here we report an efficient, green and safe process for biotechnological production of biliverdin. A heme oxygenase(HO) gene from Clostridium tetani was screened, and a recombinant strain Escherichia coli BL21/pETDuet-hoCt with the ability of transforming heme into biliverdin was constructed. A biliverdin yield of 32.9 mg/L from 100 mg/L substrate was achieved under pH 7.0 and 35 ℃. In order to improve the supply of reducing power, an NADPH regeneration system using glutamate dehydrogenase(GdhA)was constructed, resulting in a recombinant strain E. coli BL21/pETDuet-gdhAEc-hoCt which was capable of producing 71.5 mg/L biliverdin. Moreover, through introduction of a membrane surface display system, a recombinant strain E. coli BL21/pETDuet-gdhAEc-blc/hoCt was constructed to shorten the transformation time, and the production of biliverdin was further increased to 76.3 mg/L, this is the highest titer of biosynthesized biliverdin reported to date, and the research may thus facilitate the green production of biliverdin.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

闫思翰,邵明龙,徐美娟,张显,杨套伟,饶志明. 重组大肠杆菌全细胞催化高效合成胆绿素[J]. 生物工程学报, 2022, 38(7): 2581-2593

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  • 收稿日期:2022-02-24
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  • 在线发布日期: 2022-07-25
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