谷氨酸棒杆菌氨基酸分泌蛋白的识别和分子生物学研究

The moderate expression of amino acid exporter in bacteria can significantly raise the amino acid extracellular accumulation level. Corynebacterium glutamicum is widely used for the biotechnological production of amino acids, but at present only four amino acids exporters have been identified in Corynebacterium glutamicum. It is associated with the single recognition method and the dependence on specific amino acid exporter auxotroph. The project will establish a rapid screening method of amino acid exporter, combining with modern bioinformatics analysis/alignment and gene knockout/complementary method to predict and identify new amino acid exporters, and reveal them molecular characteristics and regulation mechanism in Corynebacterium glutamicum. The group has identified two amino acid importers by predict-screening method, provided techincal support for this project. The project is helpful to establish a new identification method of amino acid exporter, to cognize amino acid exporters and their regulations and to improve production strains.

细菌中氨基酸分泌蛋白的适度表达，能够显著提高氨基酸的细胞外积累量。谷氨酸棒杆菌是工业发酵生产氨基酸的重要菌株，但是目前在该菌中仅识别出四个氨基酸分泌蛋白，这与分泌蛋白识别方法单一，依赖于特异性分泌蛋白基因缺失突变株有关。本项目拟结合现代生物信息学分析/比对技术、氨基酸分泌蛋白的快速筛选方法和基因敲除/互补方法直接进行谷氨酸棒杆菌中氨基酸分泌蛋白的预测和鉴定，并从分子水平上揭示谷氨酸棒杆菌中新氨基酸分泌蛋白的生物学特征和调控机理。研究组前期通过先预测再鉴定的方法，从谷氨酸棒杆菌中识别出两个氨基酸内运蛋白，为本项目的顺利进行提供了一定的技术支持。本项目的研究对于建立新的氨基酸分泌蛋白识别方法，认知谷氨酸棒杆菌氨基酸分泌蛋白及其调控机理，以期应用于生产菌株改造具有重要意义。

谷氨酸棒杆菌是重要的氨基酸工业生产菌株。氨基酸外运系统具有重要的生理功能，在氨基酸生产方面也起至关重要的作用。但是受限于分泌蛋白的识别方法，目前在该菌株中仅识别出4个分泌蛋白。发现新氨基酸分泌蛋白需要有新的思路和方法。. 本项目利用生物信息学方法，预测可能的氨基酸分泌蛋白。针对预测的分泌蛋白，建立快速筛选的方法。进行分泌蛋白的鉴定，研究其转运机制。研究新分泌蛋白对谷氨酸棒杆菌的生理影响。. 结合谷氨酸棒杆菌全基因组信息、转运蛋白预测信息和已研究转运蛋白的特征信息，将已知的氨基酸分泌蛋白在全基因组中进行blast分析，预测得到10个可能的氨基酸分泌蛋白编码基因。针对这10个可能的分泌蛋白，构建了基因敲除、互补和过表达菌株。以氨基酸为底物，测定不同菌株细胞外氨基酸浓度，与对照菌株进行比较，快速筛选出多个候选蛋白。以短肽为底物对初筛结果进行验证，鉴定出两个苏氨酸分泌蛋白，研究了其转运机制。在产苏氨酸菌株中表达分泌蛋白能够增加苏氨酸的积累。. 通过本项目的工作对谷氨酸棒杆菌中氨基酸分泌蛋白的多样性获得了更全面和深入的认识。项目成果为苏氨酸生产菌株的改造提供了新的靶点，也为其它新氨基酸分泌蛋白的发现打下了基础。