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L-丝氨酸（L-Serine, L-Ser）作为一种组成蛋白的基本氨基酸广泛应用于医药、食品、化妆品等行业。此外，以 L-Ser为原料还可以合成具有抗癌、抗艾滋、调节人体神经系统等不同效用的药物20余种。目前，L-Ser的全球市场需求量已超过10000吨/年，市场潜力巨大。但与不断增大的L-Ser市场需求相比，L-Ser的生产技术较为落后。目前，L-Ser的工业生产方法主要有蛋白水解法、化学合成法和酶转化法等，其中蛋白水解法存在工艺复杂、分离精制困难等缺点；化学合成法存在污染重、成本高、D-Ser与L-Ser分离困难等缺点；酶转化法存在转化率过低、前体物昂贵等难题。因此尽快开发污染小、成本低、效率高的微生物直接发酵法生产L-Ser，显得极为重要。
图1微生物产L-丝氨酸的代谢工程研究策略
中科院上海高等研究院生物炼制实验室的史吉平研究员课题组针对“L-Ser为微生物中间代谢产物，极易转化为其它氨基酸或有机物”的关键问题，进行了一系列的深入研究，并取得了重大突破。课题组赵志军博士以大肠杆菌模式菌为出发菌株，首先筛选获得了L-Ser转化途径弱化的突变菌，进而此基础上分别对L-Ser分支途径、L-Ser转运途径、相关糖代谢途径等进行了研究。对构建的L-Ser基因工程菌进行发酵优化后，5 L发酵罐中发酵约35-40 h后，L-Ser产量达到30 g/L 以上，远高于国内同行报道的水平。目前国外文献报道的L-Ser发酵最高产量为36.3g/L，为谷氨酸帮杆菌发酵约75 h后获得，而本实验构建的L-Ser大肠杆菌基因工程菌与之相比，具有发酵时间短、生产强度高的优点，且经过分子与发酵调控L-Ser产量仍有较大提高潜力，这将有利于直接发酵法生产L-Ser的工业化大生产，提高我国在重要氨基酸菌种构建及发酵生产等关键技术领域的研究水平。
图2 L-Se生产菌株的补料分批发酵
该研究得到国家基金委的项目支持（31300048），相关专利及文章已经申请和投稿中。