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大肠杆菌K4无抗生素表达系统的构建与果糖软骨素合成途径优化

孙婕妤 朱雨豪 石智诚 肖森 黄子洋 徐志兵 堵国成 陈坚 康振

食品与发酵工业2025,Vol.51Issue(22):1-9,9.
食品与发酵工业2025,Vol.51Issue(22):1-9,9.DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042436

大肠杆菌K4无抗生素表达系统的构建与果糖软骨素合成途径优化

Construction of an antibiotic-free expression system in Escherichia coli K4 and optimization of fructosylated chondroitin biosynthesis pathway

孙婕妤 1朱雨豪 2石智诚 3肖森 1黄子洋 4徐志兵 4堵国成 5陈坚 6康振1

作者信息

  • 1. 江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214122||江南大学未来食品科学中心,江苏无锡,214122||江苏省产业技术研究院食品生物技术研究所,江苏宜兴,214200
  • 2. 江南大学未来食品科学中心,江苏无锡,214122
  • 3. 江南大学生物工程学院糖化学与生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214122||江南大学未来食品科学中心,江苏无锡,214122
  • 4. 江苏省产业技术研究院食品生物技术研究所,江苏宜兴,214200
  • 5. 江南大学未来食品科学中心,江苏无锡,214122||江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214122
  • 6. 江南大学未来食品科学中心,江苏无锡,214122||江苏省产业技术研究院食品生物技术研究所,江苏宜兴,214200||江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡,214122
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摘要

Abstract

Fructosylated chondroitin serves as a crucial precursor for the enzymatic synthesis of chondroitin sulfate(CS).However,its current biosynthesis faces significant challenges,such as low synthesis efficiency,complex extraction processes,and reliance on antibi-otics during production,which hinder its large-scale production and application.To overcome these limitations,Escherichia coli K4,a strain capable of naturally synthesizing and transporting fructosylated chondroitin,was employed as the chassis cell.A plasmid expression vector,pMUT2 △Hyp3,was developed,demonstrating genetic stability for up to 9 days without antibiotic pressure.By recombinantly over-expressing the UDP-glucose dehydrogenase gene(ugdA2)from Coryne bacterium glutamicum and the UDP-N-acetylglucosamine pyrophos-phorylase gene(glmU)from Bacillus subtilis,the precursor synthesis pathway was enhanced,increasing fructosylated chondroitin produc-tion in shake-flask cultures to 0.95 g/L.Further optimization of the fermentation medium components elevated the yield to 1.35 g/L.Fi-nally,antibiotic-free fermentation in a 3 L bioreactor achieved a production level of 7.5 g/L within 48 hours,with a yield of 4.4%.This study not only achieved the biosynthesis of fructosylated chondroitin and eliminated antibiotic dependency in recombinant E.coli K4 fer-mentation systems but also laid the groundwork for scalable,environmentally friendly enzymatic production of chondroitin sulfate.

关键词

无抗生素表达系统/果糖软骨素/硫酸软骨素/多糖/大肠杆菌K4

Key words

antibiotic-free expression system/fructosylated chondroitin/chondroitin sulfate/polysaccharide/Escherichia coli K4

引用本文复制引用

孙婕妤,朱雨豪,石智诚,肖森,黄子洋,徐志兵,堵国成,陈坚,康振..大肠杆菌K4无抗生素表达系统的构建与果糖软骨素合成途径优化[J].食品与发酵工业,2025,51(22):1-9,9.

基金项目

国家自然科学基金项目(32400056) (32400056)

江苏省合成生物基础研究中心资助(BK20233003) (BK20233003)

无锡市产业创新研究院先导技术预研项目(XD24006) (XD24006)

食品与发酵工业

OA北大核心

0253-990X

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