集胞藻PCC6803中外源合成蝦青素的研究.pdf

1、蝦青素因具有很強(qiáng)的抗氧化作用而被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、水產(chǎn)養(yǎng)殖等行業(yè)。蝦青素的生產(chǎn)主要來(lái)自于植物提取和化學(xué)合成兩個(gè)方面。相對(duì)于人工合成蝦青素，植物提取蝦青素具有純度高、異構(gòu)體少、生物利用性好等優(yōu)點(diǎn)，因此受到市場(chǎng)的廣泛青睞。然而，目前采用植物提取得到的蝦青素產(chǎn)量仍然較低，難以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。而利用微生物細(xì)胞工廠(chǎng)生物合成蝦青素提供了一個(gè)很好的選擇。目前蝦青素已經(jīng)在大腸桿菌和酵母菌中成功合成，然而還未有利用集胞藻合成蝦青素的報(bào)道。蝦青素

2、是類(lèi)胡蘿卜素衍生物的一種，其合成需要兩個(gè)關(guān)鍵酶：β-胡蘿卜素羥化酶和β-胡蘿卜素酮化酶。許多細(xì)菌來(lái)源的β-胡蘿卜素羥化酶和β-胡蘿卜素酮化酶是雙功能酶，可以以β-胡蘿卜素以及羥基化或酮基化的β-胡蘿卜素衍生物作為底物，因此可以合成多達(dá)8種中間產(chǎn)物。因此，選取合適的β-胡蘿卜素羥化酶和β-胡蘿卜素酮化酶組合十分關(guān)鍵。集胞藻PCC6803具有類(lèi)異戊二烯代謝通路，能夠自然積累β-胡蘿卜素和玉米黃質(zhì)等蝦青素前體。本研究中，我們選取了來(lái)自魚(yú)腥藻P

3、CC7120的β-胡蘿卜素酮化酶編碼基因crtW，來(lái)自成團(tuán)泛菌的β-胡蘿卜素羥化酶編碼基因crtZ來(lái)構(gòu)建蝦青素合成代謝通路。
　　首先，我們通過(guò)在大腸桿菌中構(gòu)建蝦青素合成代謝通路，驗(yàn)證 crtW，crtZ兩個(gè)關(guān)鍵基因的表達(dá)特性。構(gòu)建的E.coli BW-BWZ菌株中可以積累蝦青素和玉米黃質(zhì)，經(jīng)過(guò)兩天的培養(yǎng)，蝦青素的積累量達(dá)到971.21μg/g dcw。其次，我們將crtW整合到pJA質(zhì)粒上，以PsbA2作為啟動(dòng)子，在集胞藻PCC

4、6803中構(gòu)建了蝦青素合成代謝通路，實(shí)現(xiàn)蝦青素在集胞藻PCC6803中的生物合成，本研究首次利用光合藍(lán)細(xì)菌Synechocystis sp. PCC6803實(shí)現(xiàn)了由CO2和光能到蝦青素的直接合成。經(jīng)過(guò)四天的培養(yǎng)，構(gòu)建的Synechocystis sp. PCC6803-AX菌株中蝦青素的積累量達(dá)到112.16μg/g dcw。構(gòu)建的Synechocystis sp. PCC6803-AX菌株中除了蝦青素，還有β-胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)等蝦青