工業菌種是生物制造的重要競爭力。研究微生物底盤并發現與目標產品生產相關的高效功能元件是工業菌種領域的研究熱點。谷氨酸棒桿菌是氨基酸工業生產的主力菌。而谷氨酸棒桿菌基因組約50%的基因功能尚不明晰，功能元件的系統挖掘亟待研究。
近日，中國科學院天津工業生物技術研究所實現了谷氨酸棒桿菌全基因組規模單基因過表達庫的自動化構建與高通量篩選，鑒定了多個影響滲透壓耐受性和氨基酸產量的新型功能元件。該研究利用天津工生所生物鑄造廠，構建了覆蓋谷氨酸棒桿菌全基因組99.7%的單基因過表達庫，并建立了資源共享網站。同時，該研究通過全自動、實時生長曲線測定建立了新型功能元件的高通量篩選方法；通過全文庫篩選獲得了15個可提高滲透壓耐受和L-賴氨酸產量的新元件，如新型轉錄調控因子和DNA修復蛋白，并揭示了滲透壓耐受新機制。進一步，研究對近400個膜轉運蛋白子庫進行篩選，獲得了在谷氨酸棒桿菌和大腸桿菌中高效、特異的新型L-蘇氨酸外排蛋白。研究將新型外排蛋白應用于L-蘇氨酸生產菌株改造，實現了目前最高水平的谷氨酸棒桿菌L-蘇氨酸生產。
上述研究作為生物鑄造廠的應用場景之一，提供了新型功能元件篩選的系統策略。這一策略可以擴展應用于其他工業微生物和高水平工業菌種的創制研究。同時，該研究構建的全基因組規模菌種庫，有望成為基礎生物學研究和氨基酸開發等的工業菌種資源。
相關研究成果發表在《生物技術趨勢》（Trends in Biotechnology）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院、天津市的支持。
論文鏈接
全基因組規模篩選谷氨酸棒桿菌新功能元件示意圖
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