大肠杆菌发酵液中莽草酸的分离纯化文献综述

 2023-01-28 10:01

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

课题背景:

莽草酸是芳香族氨基酸合成途径中的一种重要中间代谢产物,近年来,莽草酸作为临床上制取抗H1N1流感的唯一药物达菲的原料引起了人们的广泛关注,故对莽草酸的研究也与日俱增[1]。目前利用的莽草酸大部分都来自于木兰科植物八角的干燥成熟果实,虽生产工艺成熟,但其程序复杂,成本大,得率低,且原料易受季节、气候等因素限制,难以满足大规模生产所需和持续长远发展[2],因此寻找新的莽草酸资源变得极为重要。生物合成法是莽草酸获得的另一可行途径,具有菌种获取易,生产周期短,产物得率高等优点,受到各医药公司亲睐,逐渐成为学者研究和追求的方向。

在大肠杆菌生物代谢中,芳香族氨基酸生物合成途径分为中心代谢途径(Centralcarbonmetabolism,CCM)、共同途径和分支途径,而莽草酸途径正是芳香族氨基酸合成过程中的一段共同代谢途径[3]。以葡萄糖作为起始碳源为例,细胞摄入葡萄糖后,经过糖酵解和磷酸戊糖途径分别生成莽草酸途径的两个起始底物磷酸烯醇式丙酮酸(Phosphoenolpyruvate,PEP)和赤藓糖-4-磷酸(Erythrose-4-phosphate,E4P),两者在3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸(3-deoxy-D-arabinoheptulosonate-7-phosphate,DAHP)合成酶的作用下缩合成DAHP,之后在3-脱氢奎尼酸(3-dehydroquinicacid,DHQ)合成酶(aroB)的催化下转化成DHQ,又在DHQ脱水酶(aroD)的催化下进一步生成3-脱氢莽草酸(DHS),再经最后一步由莽草酸脱氢酶(aroE)催化的反应,生成莽草酸[4]。

由于通过生物合成莽草酸的方法还未普及,故而从大肠杆菌发酵液中分离纯化莽草酸至今还未有报道,而离子交换树脂提取分离技术设备简单,操作方便,生产连续化程度高,且对浓度低的样品也能富集,而且得到的产品往往纯度高,树脂能多次循环使用,成本低,随着人们环保意识的增强和可持续发展战略的实施,离子交换树脂在提取分离天然产物方面已被更广泛地应用。故而,选择以离子交换树脂进行发酵液中莽草酸的分离纯化是一种高效、简便、可行的办法。

拟研究或解决的问题:

本文立题依据是在前期已有的研究获得一株能满足工业应用的重组菌的基础上,进行发酵液中目的产物莽草酸的分离纯化研究,以期望能探索出高效、简便的提取方法。

采用的研究手段:

为了有效提取发酵液中的莽草酸,本课题在学习和比较了常用的几种分离纯化手段后,筛选得出选用离子交换色谱对发酵液中莽草酸进行分离纯化可能具有较好效果,并加以验证。实验包括预处理、动态吸附、洗脱、脱色、脱盐以及结晶等过程。拟选用717强碱性阴离子交换树脂吸附,将发酵液浓缩,调节pH值为6.0,然后上柱。以1mol/L的NH4Cl洗脱,收集并合并组分进行HZ-816树脂柱动态脱色,之后上732阳离子交换树脂柱脱盐,并将得到的莽草酸溶液进行结晶和纯度检测。

实验计划与安排:

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