多策略协同改造大肠杆菌高效生产麦角硫因

樊鸽; 杨海泉; 夏媛媛; 沈微; 周丽; 陈献忠

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多策略协同改造大肠杆菌高效生产麦角硫因

首发时间：2025-01-21

樊鸽 ¹
樊鸽（1999-），女
杨海泉 ¹ 夏媛媛 ¹ 沈微 ¹ 周丽 ¹ 陈献忠 ¹
陈献忠（1980-），男，教授、博导，微生物代谢工程育种，合成生物学。

1、江南大学生物工程学院，江苏无锡，214122

摘要：麦角硫因具有清除自由基、抗衰老、抗辐射等生理功能，广泛应用于医药、食品、化妆品等领域。研究中以大肠杆菌（Escherichia coli）BL21为出发菌，研究了不同关键酶基因的表达对麦角硫因合成的影响，并采用多策略协同改造方式实现了麦角硫因的高效生产。首先，通过异源表达来自耻垢分枝杆菌（Mycobacterium smegmatis）的麦角硫因合成酶基因簇egtABCDE，重组菌株E. coli EGT的麦角硫因产量达7.82 mg/L。分别表达粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）来源的基因egt1和甲基杆菌（Methylobacterium brachiatum）来源的基因egtB*，E. coli EGT-egt1和E. coli EGT-egtB*的麦角硫因产量分别提高了1.6和1.7倍。基因egt1和egtB*的组合表达，进一步提高了麦角硫因的产量（39.77 mg/L）。过表达ATP磷酸核糖基转移酶突变体基因hisG*，重组菌株E. coli EGT-1-B*-hisG*的麦角硫因产量提高至对照菌株E. coli EGT-egt1-egtB*的2.28倍。过表达高丝氨酸O-琥珀酰转移酶突变体基因metA*，菌株E. coli EGT-1-B*-metA*的麦角硫因产量提高至103.29 mg/L。同时，过表达S -腺苷甲硫氨酸合成酶基因metK后，菌株E. coli EGT-1-B*-metK的麦角硫因的产量提高至107.31 mg/L。组合表达基因metK和metA*进一步提高了麦角硫因的产量，重组菌株E. coli EGT-1-B*-metK-metA*的麦角硫因产量达到111.07 mg/L。结果表明，研究中采用的多策略协同优化方式对于麦角硫因的高效合成与积累具有重要意义。

关键词：麦角硫因大肠杆菌前体合成模块优化 S-腺苷甲硫氨酸循环

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Efficient production of ergothioneine in Escherichia coli using a multi-strategy synergistic engineering approach

FAN Ge ¹
樊鸽（1999-），女
Yang Haiquan ¹ Xia Yuanyan ¹ Shen Wei ¹ Zhou Li ¹ Chen Xianzhong ¹
陈献忠（1980-），男，教授、博导，微生物代谢工程育种，合成生物学。

1、School of Biotechnology,JiangNan University,JiangSu Wuxi,214122

Abstract：Ergothioneine has some physiological functions such as scavenging free radicals, anti-aging, and radiation resistance and is widely used in some fields such as medicine, food, and cosmetics. In the study, Escherichia coli BL21 was used as the starting strain to investigate the effect of overexpressing different key enzyme genes on ergothioneine synthesis. A multi-strategy synergistic engineering approach was used to enhance production of ergothioneine. First, the ergothioneine biosynthesis gene cluster egtABCDE from Mycobacterium smegmatis was heterologously overexpressed, and the ergothioneine titer of the recombinant E. coli EGT reached 7.82 mg/L. After overexpressing the gene egt1 from Neurospora crassa and the gene egtB from M. brachiatum, ergothioneine titers of E. coli EGT-egt1 and E. coli EGT-egtB* were increased by 1.6- and 1.7-fold that of E. coli EGT, respectively. After combined overexpression of genes egt1 and egtB, ergothioneine titer was further increased to 39.77 mg/L. After overexpression of the ATP phosphoribosyltransferase mutant gene hisG* in E. coli EGT-1-B*-hisG*, ergothioneine titer was increased by 2.28-fold that of E. coli EGT-egt1-egtB*. Ergothioneine titer of E. coli EGT-1-B*-metA* overexpressing the high-serine O-succinyltransferase mutant gene metA* reached 103.29 mg/L. Meanwhile, ergothioneine titer of E. coli EGT-1-B*-metK* overexpressing the S-adenosylmethionine synthetase gene metK reached 107.31 mg/L. After combined expression of metK and metA, ergothioneine titer of E. coli EGT-1-B*-metK-metA* was enhanced and reached 111.07 mg/L. The results indicated that the multi-strategy synergistic optimization approach used in this study is of significant for the efficient synthesis and accumulation of ergothioneine.

Keywords： Ergothioneine；Escherichia coli；Optimization of precursor synthesis module；S-adenosylmethionine cycle.

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樊鸽，杨海泉，夏媛媛，等. 多策略协同改造大肠杆菌高效生产麦角硫因[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2025-01-21]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/202501-32.

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