Engineering cofactor metabolism for improved protein and glucoamylase production in Aspergillus niger

改善黑曲霉蛋白质和糖化酶生产的辅因子代谢工程

来源：MICROBIAL CELL FACTORIES

IF:5.328

摘要：

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADPH) 是一种重要的辅助因子，可确保所有生命系统中的细胞内氧化还原平衡、合成代谢和细胞生长。我们最近对丝状真菌细胞工厂黑曲霉中葡糖淀粉酶 (GlaA) 生物合成的多组学分析表明，NADPH 的低可用性可能是 GlaA 过度生产的限制因素。

结果：因此，我们采用了代谢工程的设计-构建-测试-学习循环来确定和优先考虑针对 GlaA 过度生产的有效辅因子工程策略。基于可用的代谢组学和 C-13 代谢通量分析数据，我们在两个 A. niger 受体菌株的 Tet-on 基因开关控制下分别过表达了编码 NADPH 生成酶的七个预测基因，一个携带一个单一的，一个携带七个 glaA基因拷贝，分别测试它们对 GlaA 和总蛋白质过量产生的个体影响。选择这两种菌株是为了了解与天然条件（一个基因拷贝）相比，glaA 生物合成（七个基因拷贝）的强大牵引力是否需要更高的 NADPH 供应。对在摇瓶培养物中培养的所有 14 株菌株的详细分析发现，gsdA 基因（葡萄糖 6-磷酸脱氢酶）、gndA 基因（6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶）和 maeA 基因（NADP 依赖性苹果酸酶）的过度表达支持了 GlaA 的产生。 (10%) 但在携带七个 glaA 基因拷贝的背景菌株中具有显着水平。因此，我们对这三种分离株进行了麦芽糖限制的恒化器培养，结合代谢组分析来表征由辅因子工程引起的代谢水平波动。在这些培养物中，gndA 或 maeA 基因的过表达使细胞内 NADPH 库分别增加了 45% 和 66%，GlaA 的产量分别增加了 65% 和 30%。相比之下，gsdA 基因的过度表达对总蛋白和葡糖淀粉酶的产生都有负面影响。

结论：该数据首次表明，增加的 NADPH 可用性确实可以支持蛋白质，尤其是在存在强烈的 GlaA 生物合成牵引力的菌株中的 GlaA 生产。该数据还表明，通过增加通过磷酸戊糖途径（gndA 基因）的通量，然后通过反向 TCA 循环（maeA 基因）设计通量，可以在遗传水平上对 GlaA 生产产生最大影响。因此，我们提出 NADPH 辅因子工程确实是黑曲霉代谢工程提高 GlaA 产量的有效策略，该策略当然也适用于其他微生物细胞工厂的合理设计。