通过适应性实验室进化与代谢工程克服恶臭假单胞菌中黏康酸生产过程中原儿茶酸和儿茶酚的积累

黏康酸是一种具有工业价值的分子，能够以生物方式由多种生物质来源及废弃物来源的原料生产，包括糖类以及源自木质素和塑料的芳香族化合物。然而，在多个为生产黏康酸而工程改造的微生物中，当使用原儿茶酸脱羧酶AroY时，均观察到原儿茶酸（PCA）的积累。这引出了一个问题：PCA脱羧是否构成限速步骤，以及如何缓解这一瓶颈，尤其考虑到PCA和儿茶酚中间体的毒性与反应活性。 为解决这一问题，我们对一株最初被工程化用于由芳香族化合物生产黏康酸、但已恢复catBC的恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）菌株进行了适应性实验室进化（ALE），以筛选其对PCA转化能力的提升；同时，在独立谱系中筛选其对4-羟基苯甲酸转化能力的提升。与我们的预期相反，主要的有益突变定位于编码儿茶酚1,2-双加氧酶的catA1盒，而非aroY或其相关辅因子生物合成基因。转录组分析显示，来自ALE的进化分离株中catA1表达升高；将这些突变导入为从芳香族底物和糖类底物生产黏康酸而设计的菌株后，其生产力均得到提升。 定量蛋白质组学和生化测定分别表明，这些突变还导致CatA1蛋白丰度增加以及催化效率的适度提升，而菌株表型主要由较高水平的CatA1驱动，并可能伴随动力学改进所产生的协同效应。进一步的反向工程研究鉴定出了一些对黏康酸积累具有温和影响的变体，其中包括可能增强AroY异戊烯基化FMN辅因子生物合成的变体。总体而言，这些结果表明，在Draths等人最初展示的经由PCA脱羧途径生产黏康酸的过程中，主要瓶颈是儿茶酚而非PCA。这一发现深化了我们对通路限制因素的理解，并为提高黏康酸生物生产的速率、产率和菌株稳健性提供了新的策略。

黏康酸是一种具有工业价值的分子，可由多种生物质来源和废弃物来源的原料通过生物法生产，包括糖类以及来源于木质素和塑料的芳香族化合物。然而，在多个经工程改造用于生产黏康酸、且使用原儿茶酸脱羧酶 AroY 的微生物中，均观察到原儿茶酸（PCA）的积累。这引发了一个问题：PCA 脱羧是否构成了一个限速步骤，以及这一瓶颈如何才能被缓解，尤其考虑到 PCA 和儿茶酚中间体具有毒性和反应活性。为了解决这一问题，我们对一株菌株进行了适应性实验室进化（ALE）

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.14.738518v1?rss=1

🏷️ 适应性实验室进化 代谢工程 恶臭假单胞菌 黏康酸生物合成 儿茶酚代谢 通路瓶颈分析