《表1 K4 CPS合成涉及的蛋白质[14]》

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《强化前体（UDP-GalNAc）合成路径提高果糖软骨素的生产》

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Escherichia coli K4作为软骨素及其类似物的主要生产菌株，其荚膜多糖（capsular polysaccharide，CPS）是由UDP-GlcA和UDP-GalNAc通过β1→3或者β1→4糖苷键交替连接而成，并且UDP-GlcA的C-3位置被果糖基团所取代[11]。近年来，国内外学者从生化工程和代谢工程2个方向研究软骨素及其类似物的生产。Cimini团队以E.coli K4作为出发菌株进行营养条件的优化，选择葡萄糖和甘油，酪蛋白和大豆蛋白胨分别作为碳源和氮源进行摇瓶实验。最终选择甘油和大豆蛋白胨进行2-L罐进行发酵实验，此时最大的细胞密度为56 gcww/L，对应的CPS产量为1.4 g/L[12]。Restaino课题组通过向培养基中添加K4 CPS的前体物质UDP-GlcA和UDP-GalNAc、果糖，果糖软骨素的产量提高了68%和57%[13]。然而这些生化工程策略并不能从根本上解决果糖软骨素低产量、低产率、低生产强度的问题。因此，学者从代谢工程方向对E.coli K4菌株进行代谢改造提高果糖软骨素的产量。K4 CPS属于Group II K抗原，一共可以分为3个功能区[14]。Region 1和region 3作为Group II保守基因，主要负责多糖的修饰和转运。Region 2根据不同类型的K抗原而有所差异，K4 CPS基因簇全长14 kb，包括7个基因（kfoA，kfoB…kfoG）和一个转座元件IS2，总结于表1。其中部分基因已经作为代谢工程靶点进行改造，例如启动子工程策略：利用不同强度的启动子Trc和T7过量表达软骨素合成酶KfoC，工程菌株BK4063产量较原菌提高了113%[15]；转录工程策略：利用诱导型表达载体和组成型表达载体过表达全局调控因子SlyA[16]和转座子策略表达抗终止子RfaH[17]，果糖软骨素的产量均有所提高；基因敲除策略：利用Red同源重组技术敲除果糖转移酶KfoE，终产物为软骨素[18]。此外，Cimini课题组还研究了前体UDP-GlcA合成路径上的葡萄糖磷酸变位酶PGM和焦磷酸化酶GalU对荚膜多糖合成的影响，即在重组菌株EcK4r3中过量表达pgm和galU。虽然pgm和galU的表达量较对照菌株分别提高了1.6和1.3倍，但是荚膜多糖的产量并未发生变化，然而在添加谷氨酰胺的培养基中，荚膜多糖的产量却提高了45%[19]，因此我们推测前体UDP-GalNAc合成路径对荚膜多糖的生产可能具有促进作用。