L-精氨酸在微生物發(fā)酵中的高產(chǎn)策略及機制主要包括以下幾個方面：

一、菌株改造

解除反饋抑制：通過對關鍵酶基因進行定點改造，使酶蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而解除產(chǎn)物對酶的反饋抑制。如對鈍齒棒桿菌的N-乙酰谷氨酸激酶基因進行改造，獲得抗反饋抑制型的基因簇，使精氨酸大量積累時，其后期合成不受胞內(nèi)外高濃度精氨酸的反饋抑制。

敲除競爭途徑基因：敲除脯氨酸合成途徑等競爭途徑基因，減少碳源和能量向其他非目標產(chǎn)物途徑的分流，使代謝流更多地流向L-精氨酸的合成途徑，從而提高它的產(chǎn)量。

優(yōu)化調(diào)控基因：一些調(diào)控基因的突變可以影響精氨酸合成相關酶的表達，如阻遏蛋白基因argR發(fā)生突變，導致編碼阻遏蛋白翻譯提前終止，從而解除了對精氨酸合成途徑的反饋阻遏作用，促進精氨酸的合成。

二、代謝途徑優(yōu)化

增強精氨酸合成途徑通量：通過過表達精氨酸操縱子，增加精氨酸合成途徑中相關酶的表達量，從而提高精氨酸的合成速率。同時，優(yōu)化NADPH的供應，調(diào)節(jié)糖酵解途徑和磷酸戊糖途徑之間的代謝通量分布，為精氨酸合成提供充足的還原力。

優(yōu)化碳源代謝：加強已有的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白功能或開發(fā)新的葡萄糖攝取系統(tǒng)，提高細胞對葡萄糖的攝取和利用效率。同時，將糖酵解途徑中多余的碳通量引入三羧酸循環(huán)，緩解葡萄糖溢流代謝，使碳源更有效地用于精氨酸的合成。

三、發(fā)酵條件優(yōu)化

供氧策略：采用兩步法供氧策略，在發(fā)酵初始階段維持高供氧條件，滿足細胞生長和代謝的需求，之后控制攪拌轉(zhuǎn)速穩(wěn)步下降，維持穩(wěn)定的溶氧水平，促進精氨酸的積累。研究表明，這種供氧方式可使L-精氨酸產(chǎn)量提高16%，發(fā)酵周期縮短6h。

培養(yǎng)基成分及流加方式：控制發(fā)酵培養(yǎng)基中基質(zhì)的初始濃度，如初始糖濃度為100g/L時，在發(fā)酵至24h時以2.5g/h的恒速流加葡萄糖至88h結(jié)束，最終產(chǎn)酸較對照組提高了27.5%。此外，pH控制在偏酸性的條件下也有利于產(chǎn)酸。

攪拌方式：增加攪拌器數(shù)量和優(yōu)化攪拌器組合方式，改變無菌空氣在發(fā)酵培養(yǎng)基中的路徑和分布，改善氣液傳質(zhì)，減少發(fā)酵過程中泡沫的產(chǎn)生，從而提高精氨酸產(chǎn)量。

四、高通量篩選

構(gòu)建篩選平臺：設計生物傳感器輔助的高通量篩選平臺，通過對大量突變菌株進行快速篩選，能夠高效地篩選出L-精氨酸高產(chǎn)菌株。如利用生物傳感器輔助的突變篩選方法，結(jié)合理性代謝重編程，構(gòu)建出的工程菌Arg28在5L生物反應器中可生產(chǎn)132g/L的L-精氨酸，產(chǎn)量顯著提高。

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