近期我校生物工程学院康振教授课题组在低分子量透明质酸的微生物发酵生产方面取得重要进展。研究成果“Eliminating the capsule-like layer to promote glucose uptake for hyaluronan production by engineered Corynebacterium glutamicum”于2020年6月19日在线发表在《Nature Communications》上。
透明质酸是一种高价值的功能多糖，广泛应用于医药、化妆品、食品等领域。目前，透明质酸主要通过动物组织提取与兽疫链球菌发酵生产。原材料限制、提取工艺复杂以及低生物安全性制约了未来发展需求。近几年，研究发现透明质酸的生物学功能与其分子量密切相关，其中低分子量透明质酸具有促进毛细血合成、促进伤口愈合等功能，在关节炎治疗与保健、功能营养品以及化妆品领域具有更为广阔的空间。因此，构建高效安全的生产菌株，实现低分子量透明质酸的发酵生产对提升我国功能糖的制造水平与核心竞争力至关重要。
在该论文中，研究人员以食品级宿主谷氨酸棒杆菌为出发菌株，在构建了透明质酸合成途径基础上对关键前体中间代谢途径进行了系统分析与调控优化；在此基础上，对谷氨酸棒杆菌胞外杂多糖合成系统进行了鉴定分析，通过敲除糖基转移酶，弱化了胞外甘露聚糖和阿拉伯甘露聚糖相关多糖合成，有效促进了透明质酸合成；此外，研究人员首次发现分泌到细胞外的透明质酸将细胞包裹起来，形成了“胶囊团”，“胶囊团”限制了菌体代谢，改变了细胞形态，阻断了透明质酸的合成；基于此，研究人员开发了基于定量调控水蛭透明质酸酶消除透明质酸“荚膜层”的发酵策略。最终，低分子量透明酸（分子量为5.3万道尔顿）发酵水平为74.1g L-1，为国际报道最高水平。
康振教授为论文的通讯作者，江南大学博士后王阳和2017级硕士研究生胡立涛并列论文第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划项目（2018YFA0901401），国家自然科学基金（31970085）、江苏省科技支撑项目（BE2019630）、江南大学自主科研重点项目（JUSRP51707A）等项目的资助。康振教授课题组长期从事微生物合成生物学工具开发、糖胺聚糖（透明质酸、硫酸软骨素、肝素等）的微生物合成以及相关降解酶的挖掘与表达研究工作，相关成果发表在Trends Biotechnol、Metab Eng、ACS Synthe Biol、Biotechnol Bioeng等本领域主流杂志上。其中，相关酶水解法制备低分子量透明质酸技术已产业化并形成了良好的经济效益。
图：重组谷氨酸棒杆菌发酵生产低分子量透明质酸
