中文摘要：

本项目以光合细菌的代谢工程改造和过程优化为主要研究内容，以球形红细菌在黑暗环境中异养培养产具有重要应用前景的5-氨基乙酰丙酸（ALA）的过程为研究对象，以遗传改造和工程手段的高效集成为核心，建立结合遗传改造和工程手段以控制和优化代谢流的代谢工程研究新理论和新方法。重点研究全局性地控制和优化球形红细菌的代谢流的技术，具体手段包括进行基因重组以提高细胞内ALA合成酶活力、添加前体以减轻糖分解代谢的压力、添加酶抑制剂以控制ALA的消耗、采用固定化技术创造适合于球形红细菌发酵的低溶氧的微环境等。通过将遗传改造和工程手段有机地结合，达到优化球形红细菌代谢流的目的。本项目的研究成果将填补国内球形红细菌黑暗异养发酵产ALA研究的空白，并提供将代谢途径的遗传改造和工程调控手段高效集成的生物反应体系优化的新思想、新技术和应用实例。

结论摘要：

本项目以构建适合于5-氨基乙酰丙酸（ALA）生产的代谢工程菌株和得到相应的过程优化控制策略为主要研究目标。原计划采用球形红细菌为宿主，但是，在研究过程中发现，球形红细菌的生长速率较慢，遗传操作困难且不稳定，为了完成本项目的研究目标，将宿主菌改为大肠杆菌。在研究过程中，建立了适合于代谢产物定量分析的反向高效液相色谱柱前衍生法，从放射形土壤杆菌、球形红细菌、大肠杆菌等微生物中克隆了ALA合成途径的关键酶，其中放射形土壤杆菌和球形红细菌的hemA基因在表达水平较高；在此基础上，通过对培养基、培养条件、诱导方法和过程控制的优化，使代谢工程菌的ALA发酵水平达到国际同类研究的先进水平；同时还研究了不同温度、pH、溶氧和光照条件下水溶液中ALA的稳定性。本项目的主要特色和创新点在于将代谢途径的遗传改造和工程调控手段高效地集成，为生物反应体系集成优化提供了新思想、新技术和应用实例。以本项目的主要研究成果为基础，申请者还进一步作为主要骨干参与了973项目"生物炼制细胞工厂的科学基础"的申请，目前该项目已经获得批准（项目编号2007CB707800）。