谷氨酸棒状杆菌中戊内酰胺生产的新途径：代谢工程与生物过程优化

戊内酰胺是用于聚酰胺合成的一种极具潜力的生物基单体，但其微生物生产仍受到5-氨基戊酸（5AVA）环化效率低、副产物形成以及工艺优化不足等因素的限制。本研究通过表达来源于恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）的 davBA 和来源于大肠杆菌（Escherichia coli）的 lysP，并利用近期鉴定的来源于肠道柯林斯菌（Collinsella intestinalis）的 avaC 基因将5AVA转化为戊内酰胺，对谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）进行了戊内酰胺生产工程改造。摇瓶培养证实了戊内酰胺的高效形成，仅有少量副产物L-赖氨酸、5AVA和戊二酸积累。批式生物反应器实验表明，提高葡萄糖浓度可增加产物滴度，但也会促进副产物积累；而将溶解氧设定值从30%提高至50%则可改善细胞生长和体积生产速率。胞内辅因子分析显示，生产过程中能量状态逐渐下降，氧化还原平衡发生变化。基于上述结果，在50%相对溶解氧（rDO）条件下进行碳限制补料分批培养，提高了生产性能，最终戊内酰胺产量达到3.6 g/L，产率为0.231 g/g，体积生产速率为0.075 g/L/h，同时最大限度地减少了副产物的形成。这些结果表明，基于AvaC的谷氨酸棒状杆菌是实现戊内酰胺可持续生物合成的一个极具潜力的平台。

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谷氨酸棒状杆菌中戊内酰胺生产的新途径：代谢工程与生物过程优化

Henriette Bostad ， 查看 ORCID 主页

Luciana Fernandes de Brito ， 查看 ORCID 主页

Fernando Perez-Garcia

doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751229

Henriette Bostad 挪威科技大学

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Luciana Fernandes de Brito 挪威科技大学

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Fernando Perez-Garcia 挪威科技大学

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通讯作者： fernando.perez-garcia{at}ntnu.no

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摘要

戊内酰胺是一种用于聚酰胺合成的前景良好的生物基单体，但由于 5-氨基戊酸（5AVA）环化效率低、副产物形成以及工艺优化不足，其微生物生产仍受到限制。本研究通过表达来源于恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）的 davBA 基因和来源于大肠杆菌（Escherichia coli）的 lysP 基因，对谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）进行工程化改造；随后利用近期鉴定的来源于肠道柯林斯菌（Collinsella intestinalis）的 avaC 基因，将 5AVA 转化为戊内酰胺。摇瓶培养证实了戊内酰胺的高效形成，且副产物 L-赖氨酸、5AVA 和戊二酸仅少量积累。分批生物反应器实验表明，提高葡萄糖浓度可增加产物滴度，但也会促进副产物积累；而将溶解氧设定值从 30% 提高至 50% 则改善了细胞生长和体积生产率。细胞内辅因子分析显示，在生产过程中能量状态持续下降，氧化还原平衡发生变化。基于这些发现，在 50% 相对溶解氧（rDO）条件下进行碳限制补料分批培养，提高了生产性能，在尽量减少副产物形成的同时，实现了 3.6 g/L 的戊内酰胺产量、0.231 g/g 的产率以及 0.075 g/L/h 的体积生产率。这些结果表明，基于 AvaC 的谷氨酸棒状杆菌是实现戊内酰胺可持续生物合成的一个很有前景的平台。

利益冲突声明

资助方信息声明

挪威研究委员会 ，345245

诺和诺德基金会 ，NNF24OC0094177

版权

本预印本的。

保留所有权利。未经许可不得重复使用。

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发布于 2026 年 9 月 18 日。

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Henriette Bostad ， Luciana Fernandes de Brito ， Fernando Perez-Garcia

bioRxiv 2026.09.13.751229； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751229

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谷氨酸棒状杆菌中戊内酰胺生产的新途径：代谢工程与生物过程优化

Henriette Bostad ， Luciana Fernandes de Brito ， Fernando Perez-Garcia

bioRxiv 2026.09.13.751229； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.13.751229

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.13.751229v1?rss=1

🏷️ 戊内酰胺生物合成 代谢工程 谷氨酸棒状杆菌 生物过程优化 5-氨基戊酸环化 补料分批培养