靛蓝苷(Indigoidine)是一种天然蓝色色素,能通过

作者:yy易游官网  日期:2025-12-16  浏览:  来源:yy易游体育

靛蓝苷(Indigoidine)是一种天然蓝色色素,能通过特定酶催化合成,广泛应用于染料与生物材料领域。靛蓝苷的合成核心在于将L-谷氨酰胺通过靛蓝合成酶(IndC)缩合生成靛蓝苷的前体,链霉菌等放线菌群体因具备天然的生产能力而成为重要的宿主之一。然而,链霉菌本身的全局调控网络复杂,直接在原生宿主中实现高水平产量具有挑战性,因此研究者常在异源宿主中表达 IndC 来提升产量。

为充分利用链霉菌作为经济高效的生产工厂,相关团队设计了一种更易控制且能高效表达 IndC 的链霉菌体系,并以工业甘油作为碳源进行培养。该策略在摇瓶和发酵罐中均取得显著产量:摇瓶中达到较高水平,4 L 发酵罐中实现的靛蓝滴度亦达到较高水平,显示出链霉菌在低成本培养条件下的工业化应用潜力。yy易游

研究团队构建了一个针对链霉菌的全局增强调控系统,简称 StGES,用以稳定并提升 IndC 的表达。该系统基于对 σ因子及代谢启动子的组合调控,将调控分为初级代谢阶段和次级代谢阶段两个模块:初级代谢模块(PM)包含内源性名字为 σhrdB 的启动子和相关组成元件,用于在初级代谢阶段表达靶基因;次级代谢模块(SM)由受次级代谢启动子控制的表达盒组成,确保在次级代谢阶段维持对靶基因表达的持续驱动。通过在 TK24 作为宿主的初步验证,StSS 系统实现了 IndC 表达并在摇瓶中获得初步产量。

在 StSS 的基础上,进一步通过启动子工程优化表达模块,筛选出三种活性显著的启动子(PRVR2030、PRVR6682、PRVR9017),最终锁定在整个代谢过程均有活性且在初级代谢阶段更有效的 PRVR2030,以重建升级后的全局系统,命名为 StreptomycesGlobal 增强系统(StGES)。实验结果显示,StGES 调控下的 IndC 在初级代谢阶段的产量显著提高,次级代谢阶段仍持续生产靛蓝,12 小时后即可在摇瓶中观察到显著积累,96 小时时总产量达到稳健水平。

为进一步提升前体供给,研究加入糖酵解与三羧酸循环的供给底物,且在发酵关键时刻补充碳源。将甘油作为添加剂比葡萄糖更具优势,向培养基在初期添加 1%(w/v)甘油后,96 小时产量显著跃升,达到较高水平,同时生物量显著增加,孢子形成时间缩短。随后在放大体系中进行批量发酵,12 小时后靛蓝滴度迅速上升,96 小时时产量达到历史高点之一。该策略显示出在低成本培养基和甘油补料条件下,靛蓝的产量和生产动力学得到明显改善。

此外,研究者在生物量提升方面也观察到显著效应,使用 StGES 的菌株生物量提升显著,孢子化时间显著缩短,显示系统对细胞生长与代谢分工的协同效应。通过 4 L 发酵罐的批量试验,结合分次补料策略,靛蓝滴度达到了高水平的积累,证实该工艺具有潜在的工业化应用价值。

未来工作将聚焦于进一步的代谢重建与调控深化,通过代谢工程和CRISPRi等工具优化靛蓝前体的代谢流向,提升收率与产率。同时,针对链霉菌的工业培养基进行优化,以提升在大规模生产中的经济性与稳定性。

靛蓝苷(Indigoidine)是一种天然蓝色色素,能通过特定酶催化合成,广泛应用于染料与生物材料领域。靛蓝苷的合成核心在于将L-谷氨酰胺通过靛蓝合成酶(IndC)缩合生成靛蓝苷的前体,链霉菌等放线菌群体因具备天然的生产能力而成为重要的宿主之一。然而,链霉菌本身的全局调控网络复杂,直接在原生宿主中实现高水平产量具有挑战性,因此研究者常在异源宿主中表达 IndC 来提升产量。

为充分利用链霉菌作为经济高效的生产工厂,相关团队设计了一种更易控制且能高效表达 IndC 的链霉菌体系,并以工业甘油作为碳源进行培养。该策略在摇瓶和发酵罐中均取得显著产量:摇瓶中达到较高水平,4 L 发酵罐中实现的靛蓝滴度亦达到较高水平,显示出链霉菌在低成本培养条件下的工业化应用潜力。yy易游

研究团队构建了一个针对链霉菌的全局增强调控系统,简称 StGES,用以稳定并提升 IndC 的表达。该系统基于对 σ因子及代谢启动子的组合调控,将调控分为初级代谢阶段和次级代谢阶段两个模块:初级代谢模块(PM)包含内源性名字为 σhrdB 的启动子和相关组成元件,用于在初级代谢阶段表达靶基因;次级代谢模块(SM)由受次级代谢启动子控制的表达盒组成,确保在次级代谢阶段维持对靶基因表达的持续驱动。通过在 TK24 作为宿主的初步验证,StSS 系统实现了 IndC 表达并在摇瓶中获得初步产量。

在 StSS 的基础上,进一步通过启动子工程优化表达模块,筛选出三种活性显著的启动子(PRVR2030、PRVR6682、PRVR9017),最终锁定在整个代谢过程均有活性且在初级代谢阶段更有效的 PRVR2030,以重建升级后的全局系统,命名为 StreptomycesGlobal 增强系统(StGES)。实验结果显示,StGES 调控下的 IndC 在初级代谢阶段的产量显著提高,次级代谢阶段仍持续生产靛蓝,12 小时后即可在摇瓶中观察到显著积累,96 小时时总产量达到稳健水平。

为进一步提升前体供给,研究加入糖酵解与三羧酸循环的供给底物,且在发酵关键时刻补充碳源。将甘油作为添加剂比葡萄糖更具优势,向培养基在初期添加 1%(w/v)甘油后,96 小时产量显著跃升,达到较高水平,同时生物量显著增加,孢子形成时间缩短。随后在放大体系中进行批量发酵,12 小时后靛蓝滴度迅速上升,96 小时时产量达到历史高点之一。该策略显示出在低成本培养基和甘油补料条件下,靛蓝的产量和生产动力学得到明显改善。

此外,研究者在生物量提升方面也观察到显著效应,使用 StGES 的菌株生物量提升显著,孢子化时间显著缩短,显示系统对细胞生长与代谢分工的协同效应。通过 4 L 发酵罐的批量试验,结合分次补料策略,靛蓝滴度达到了高水平的积累,证实该工艺具有潜在的工业化应用价值。

未来工作将聚焦于进一步的代谢重建与调控深化,通过代谢工程和CRISPRi等工具优化靛蓝前体的代谢流向,提升收率与产率。同时,针对链霉菌的工业培养基进行优化,以提升在大规模生产中的经济性与稳定性。