Publications

1989
) and PCx (
Peters-Wendisch et al., 1998
) are involved in
supplying oxaloacetate. The importance of these enzymes for
lysine production becomes obvious from the correlation
between the lumped anaplerotic net carboxylation
flux and the
flux into the lysine biosynthetic pathway under various
conditions determined by C13 metabolic
flux analysis. Con-
cerning regulation of lysine biosynthesis, aspartokinase
(EC 2.7.2.4), catalyzing the formation of aspartyl phosphate
from aspartate, is the key enzyme. It is feedback regulated as
shown in
Figure 5
by concerted action of lysine and threonine
(
Kalinowski et al., 1991
).
The maximal capacity (i.e., the theoretical maximum
yield) of a C. glutamicum cell for lysine production is an
important characteristic, since it provides an estimate of the
remaining optimization potential of a running industrial
process and gives advice for process or genetic engineers.
Previous stoichiometric calculation considering only the
major pathways involved in lysine production has yielded
a molar lysine yield on glucose of 75% (
Hollander, 1994
).
Now, however, by a more detailed elementary
flux mode
analysis (
Schuster et al., 2002
), which considers the full set of
available pathways in the central metabolism with informa-
tion on reversibility or irreversibility of the different reactions
and additional assumptions and restrictions posed on the
metabolic network, the theoretical maximum molar yield of
C. glutamicum for lysine production obtained by such an
analysis is 82%.
Autotrophy and Feedback Inhibition of Lysine Production
After the discovery of the ability of C. glutamicum to secrete
amino acids, mutants auxotrophic for amino acids were used in
production. For example, strain ATCC 13287, auxotrophic for
homoserine (
Kitada et al., 1961
), exhibited a conversion of
approximately 26% g
L
-lysine-HCl (g sugar)

1
.
Kyowa-Hako
(1970)
presented a process resulting in 53.2 g l

1
L
-lysine-HCl
with 29% conversion in a batch process with ATCC 21300,
auxotrophic for threonine and leucine. One key property of
L
-lysine production strains developed in this period has been
a feedback resistance to a mixture of the
L
-lysine analoge
S-(2-aminoethyl) cysteine plus
L
-threonine (
Sano and Shio,
1970
). Auxotrophic strains, however, have several disadvan-
tages. Those strains have acquired a large number of mutations
that are not bene
ficial for a stable process. These strains are
highly sensitive to higher temperature or unsuited pH and very
often are affected strongly by certain limitations of vitamins
and micronutrients. To cope with the numerous auxotrophies
and to reduce raw material costs, most industrial processes
were based on media containing large amounts of complex raw
materials like molasses, corn steep liquor, soybean meal
hydrolysate, or other protein hydrolysates, rather than de
fined
media. But low-cost complex media components like molasses
are prone to variation, affecting process performance. Driven
by the disadvantages of auxotrophic strains, there was a devel-
opment toward leaky strains rather than auxotrophic strains.
Metabolic Engineering for Lysine Overproduction
Most of the structures of the genes of the aspartate family are
analyzed in C. glutamicum (
Eggeling, 1994
;
Eikmanns et al.,
1994
), as is the
flux through the peculiar split pathway of
L
-lysine synthesis in this organism (
Sonntag et al., 1993
). Flux
control toward
L
-lysine is exerted at the level of aspartate kinase
and dihydrodipicolinate synthase (
Cremer et al., 1988
). This

tải về 1 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn: