用于在 Ashbya gossypii 中生产核黄素的嘌呤途径代谢工程

嘌呤核苷酸是生物体必需的前体，因为它们参与许多重要过程，如核酸合成、能量供应以及数种氨基酸和维生素（如核黄素）的生物合成。GTP 是核黄素生物合成的直接前体，其通过嘌呤途径的形成在不同步骤中受到多种调控机制的影响。细胞外嘌呤会抑制从头合成 ATP 和 GTP 所需的大多数基因的转录。此外，该途径中的三种酶——磷酸核糖焦磷酸（PRPP）酰胺转移酶、腺苷酸琥珀酸合成酶和 IMP 脱氢酶——均受到其终产物的反馈抑制。在此，我们报告了对核黄素高产菌株 Ashbya gossypii 嘌呤途径中关键定型步骤的表征与改造。我们报道了 A. gossypii 中的 5-磷酸核糖胺生物合成在转录水平上受到细胞外腺嘌呤的负调控。此外，我们表明 ATP 和 GTP 对来自 A. gossypii 的 PRPP 酰胺转移酶具有强烈的抑制作用。我们在 A. gossypii 中组成型过表达了编码 PRPP 酰胺转移酶的 AgADE4 基因，从而解除了腺嘌呤介导的转录抑制。此外，我们通过定点诱变替换了在其他生物中已被报道对 PRPP 酰胺转移酶反馈抑制很重要的相应残基（天冬氨酸310、赖氨酸333和丙氨酸417）。通过这些改造，我们成功增强了通过嘌呤途径的代谢通量，并使三重突变菌株中核黄素的产量提高了10倍（228 mg/liter）。