基于LysG的精氨酸特异性生物传感器的工程设计，用于高通量筛选谷氨酸棒状杆菌（Corynebacterium glutamicum）中的精氨酸过量产生菌株

摘要

精氨酸是一种半必需氨基酸，在制药和营养保健品行业中具有重要的价值。Corynebacterium glutamicum是生产精氨酸的理想宿主，但其工业生产水平仍然有限。基于生物传感器的高通量筛选技术可以快速分离出高产精氨酸的菌株。然而，C. glutamicum中天然的LysG生物传感器缺乏对精氨酸的特异性，这限制了其在筛选高产精氨酸菌株方面的效率。在此，我们通过结合半理性设计和LysG的定向进化（LysG是一种对碱性氨基酸有响应的内源性调节因子），在C. glutamicum中开发出了一种特异性针对精氨酸的生物传感器pLysG^F222I。结构和相互作用分析表明，LysG中的F222I替换突变使其对精氨酸的亲和力保持较高，同时对组氨酸和赖氨酸的响应性显著降低。随后，这种特异性精氨酸生物传感器被成功应用于筛选N-乙酰谷氨酸激酶（NAGK）突变体库，发现了18种与先前报道的变体相比具有更强精氨酸生产能力的新型NAGK突变体。将这种突变体与最优的NAGK突变体整合后，进一步进行诱变和筛选，最终获得了一种工程菌株，在5升生物反应器中的精氨酸产量达到了56.07克/升，比原始菌株提高了42%。总体而言，本研究为加速C. glutamicum的代谢工程以实现高产精氨酸提供了有力工具。

图形摘要

此图片的替代文本可能是由AI生成的。

精氨酸是一种半必需氨基酸，在制药和营养保健品行业中具有重要的价值。Corynebacterium glutamicum是生产精氨酸的理想宿主，但其工业生产水平仍然有限。基于生物传感器的高通量筛选技术可以快速分离出高产精氨酸的菌株。然而，C. glutamicum中天然的LysG生物传感器缺乏对精氨酸的特异性，这限制了其在筛选高产精氨酸菌株方面的效率。在此，我们通过结合半理性设计和LysG的定向进化（LysG是一种对碱性氨基酸有响应的内源性调节因子），在C. glutamicum中开发出了一种特异性针对精氨酸的生物传感器pLysG^F222I。结构和相互作用分析表明，LysG中的F222I替换突变使其对精氨酸的亲和力保持较高，同时对组氨酸和赖氨酸的响应性显著降低。随后，这种特异性精氨酸生物传感器被成功应用于筛选N-乙酰谷氨酸激酶（NAGK）突变体库，发现了18种与先前报道的变体相比具有更强精氨酸生产能力的新型NAGK突变体。将这种突变体与最优的NAGK突变体整合后，进一步进行诱变和筛选，最终获得了一种工程菌株，在5升生物反应器中的精氨酸产量达到了56.07克/升，比原始菌株提高了42%。总体而言，本研究为加速C. glutamicum的代谢工程以实现高产精氨酸提供了有力工具。

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