1. 文章导读

N-乙酰氨基葡萄糖(GlcNAc)是一种氨基单糖，具有多种生物活性，广泛应用于医药和食品行业。通过几丁质水解生产GlcNAc受到原材料供应的限制，并且存在虾蟹蛋白污染的风险。对于GlcNAc的有效生物合成，主要挑战是平衡生长和生产之间的碳分配。本研究基于协同碳利用策略合成GlcNAc，其中甘油支持细胞生长并提供GlcNAc的乙酰基，葡萄糖作为葡萄糖胺的合成前体。通过阻断产物再摄取和降解、加强生物合成途径和协同利用两种碳源，GlcNAc的生产效率逐步提高，最终菌株产生41.5 g/L GlcNAc，产率为0.49 g/g总碳源。此外，我们还探索了用乙酸作为廉价碳源替代部分甘油的可行性。该研究为GlcNAc的持续高效生产提供了一种可选择的策略。

2.内容概述

生物合成GlcNAc的途径

通过表达大肠杆菌内源基因glmS和酿酒酵母来源的基因gna1构建GlcNAc生物合成途径。敲除pfkA、pfkB以及zwf阻断葡萄糖的中枢代谢，实现细胞生长与生产之间碳源的重新分配。阻断产物再摄取和降解，GlcNAc产量提高至3.39 g/L。利用氮源更丰富的M10培养基显著提高了细胞生长，构建不同拷贝数和不同启动子的质粒优化途径基因的表达使得GlcNAc产量进一步提高至7.47 g/L。

 图2. 优化途径基因表达提高GlcNAc产量图  

为降低甘油消耗，表达葡萄糖辅助扩散系统增强葡萄糖摄取，在3 L生物反应器中，GlcNAc 产量达到41.5 g/L，产率为0.48 g/g总碳源，其对葡萄糖产率为1.10 g/g，接近理论值(1.2 g GlcNAc/g葡萄糖)。此外，本研究中尝试引入乙酸作为廉价碳源来部分替代甘油，证明了使用乙酸盐作为GlcNAc生产的廉价碳源的潜力。

增强葡萄糖摄取提高GlcNAc产量图

3. 总结与展望

生物合成已经成为化学品可持续生产的有前途的策略。在本研究中，我们逐步改造大肠杆菌，通过强化生物合成途径、阻断产物再摄取和降解以及协同利用两种碳源来提高其生产GlcNAc的能力。平衡生长和生产之间的碳源分布对于高效生产至关重要。在这里，我们证明了协同碳利用策略对于GlcNAc和其他糖酵解衍生化合物的有效生物合成的适用性。

文章信息：

Title: Synergistic utilization of carbon sources for efficient biosynthesis of N-acetylglucosamine

Authors: Yanni Pei, Yuhan Wang, Xiaolin Shen, Jia Wang, Xinxiao Sun*, Qipeng Yuan*

https://doi.org/10.1016/j.gce.2022.04.001