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基于双酶级联协调表达策略高效催化合成D-甘露醇

Efficient biosynthesis of D-mannitol by coordinated expression of a two-enzyme cascade

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D-甘露醇(D-mannitol)作为合成抗肿瘤药和免疫刺激剂的重要前体被广泛应用于制药和医疗等行业,酶法合成D-甘露醇反应成本昂贵无法满足工业化生产.本研究首先筛选关键酶获得较优性能的甘露醇脱氢酶LpMDH和用于辅因子NADH再生的葡萄糖脱氢酶BaGDH,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中共表达,实现了基于双酶级联反应催化底物D-果糖合成D-甘露醇,D-甘露醇的初步摩尔转化率为59.7％.针对双酶级联催化反应中辅酶再生用酶与催化用酶表达量不协调的问题,通过增加Bagdh拷贝量来提高辅因子循环能力,获得了双酶催化速率平衡的重组大肠杆菌E.coli BL21/pETDuet-Lpmdh-Bagdh-Bagdh.进一步对重组菌的全细胞转化条件进行优化,确定了最适转化条件为反应温度30℃,初始pH值6.5,菌体量OD600=30,底物D-果糖100.0 g/L,辅底物葡萄糖与底物1∶ 1摩尔当量.于最优转化条件下5 L发酵罐转化24 h,D-甘露醇的最高产量为81.9 g/L,摩尔转化率为81.9％.本研究提供了一种绿色、高效生物催化生产D-甘露醇的方法,为实现其规模化生产奠定了基础,同时也对其他相关稀有糖醇的研究具有指导意义.

潘珊、胡孟凯、潘学玮、吕青兰、朱荣帅、张显、饶志明

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江南大学生物工程学院,江苏无锡214122

D-甘露醇 D-甘露醇脱氢酶 双酶协调表达系统 NADH循环 全细胞转化

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2022

10.13345/j.cjb.220059

生物工程学报
中国科学院微生物研究所 中国微生物学会

生物工程学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：0.641
ISSN：1000-3061
年,卷(期)：2022.38(7)
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