一种高产γ-氨基丁酸的菌株及其应用

本发明属于微生物，尤其涉及一种高产γ-氨基丁酸的菌株及其应用。

背景技术：

1、γ-氨基丁酸（4-氨基丁酸，gaba）是一种广泛存在于动植物、真菌及微生物代谢体系的天然非蛋白质氨基酸，其分子结构中的氨基与羧基亲水基团及短碳链骨架赋予其优良的水溶性与生物相容性，可穿透生物膜参与机体核心生理调控。该化合物具备多重核心生理功能：作为中枢神经系统特异性受体的内源性激动剂，可激活gaba受体通路，抑制神经异常放电、舒缓焦虑、改善睡眠质量；在代谢调控层面，能够促进机体胰岛素分泌、调节血糖稳态、降低血压、改善机体脂质代谢水平；在食品与健康领域，γ-氨基丁酸凭借安神助眠、降压降脂、抗疲劳、调节肠道菌群的功效，成为功能食品、膳食补充剂、保健原料的核心功能性成分，应用场景极为广泛。

2、γ-氨基丁酸作为生物体内不可或缺的活性代谢分子，在功能食品、生物医药、保健品、饲料添加剂等领域具备不可替代的应用价值，但目前工业化规模化生产仍受多重技术瓶颈制约，难以满足高端市场低成本、高纯度、高产率的产业需求。

3、当前已报道的γ-氨基丁酸主流制备方法包含化学合成法、生物催化法与微生物发酵法三大类，其中化学合成法原料易得、工艺成熟、初始回收率较高，是早期工业生产的主要方式，但存在显著技术缺陷：合成反应流程繁琐、多步串联反应导致副产物繁多，产物提纯工艺复杂、整体总收率偏低；生产过程需投入强酸、强碱、有机溶剂等强腐蚀性、高污染原料，三废排放量大，生态环境负担重；部分合成工艺依赖贵金属催化试剂与高温高压反应设备，大幅提升生产能耗、物料成本与操作安全风险，不符合绿色工业发展理念。

4、谷氨酸脱羧酶（gad）是催化l-谷氨酸不可逆脱羧生成γ-氨基丁酸与co2的关键限速酶，也是生物法合成γ-氨基丁酸的核心功能酶。现有研究表明，优质改造菌株的gad催化体系可实现高浓度底物转化，大幅提升γ-氨基丁酸合成效率。酶催化转化法具备产物专一性强、副产物少、反应条件温和的优势，可实现一步式生物转化合成γ-氨基丁酸，相较于化学合成法具备显著的绿色生产优势，但现阶段天然及改造谷氨酸脱羧酶普遍存在核心短板：底物耐受浓度有限、高底物/产物浓度下存在显著的反馈抑制作用、酶促反应稳定性差，导致整体催化产能偏低，规模化工业化生产的综合成本远高于传统化学合成法，难以实现产业化替代。

5、大量研究证实，生物体内γ-氨基丁酸主要依托谷氨酸脱羧代谢途径合成，植物、动物组织及常规真菌细胞内γ-氨基丁酸本底含量极低，代谢合成效率低，无法通过直接分离提取获得高纯度、大批量的γ-氨基丁酸产品；而微生物细胞具备谷氨酸脱羧酶活力高、代谢通路清晰、增殖速度快、环境适应性强的特点，是γ-氨基丁酸绿色发酵生产的最优载体。微生物发酵法相较于化学合成与体外酶催化法，拥有反应条件温和、全程常温常压、操作简便、副产物单一、产物纯度高、绿色无污染等核心优势，是目前工业生产的主流发展方向，但传统野生发酵菌株仍存在诸多产业化痛点：发酵周期偏长、复合培养基原料成本高、菌体生物量与产物合成产量低、转化效率有限，制约产业规模化发展。值得关注的是，酸碱胁迫是微生物液态发酵过程中的核心环境压力，对产γ-氨基丁酸菌株的生长增殖与代谢合成具备双重调控作用，一方面，适宜的酸性发酵环境可抑制杂菌污染，降低发酵体系染菌风险，提升发酵体系稳定性；另一方面，低ph逆境可特异性激活产γ-氨基丁酸菌株的应激代谢调控机制，显著诱导谷氨酸脱羧酶高效表达，促进γ-氨基丁酸大量合成。γ-氨基丁酸属于碱性氨基酸，微生物可通过合成累积γ-氨基丁酸平衡胞内酸碱环境，维持胞内ph稳态，是菌株适应酸胁迫的核心生存策略；同时，谷氨酸脱羧代谢过程可驱动细胞膜质子转运，调节胞内外质子动力学平衡，为逆境下菌体基础代谢提供能量支撑，保障菌株在恶劣发酵条件下正常生长代谢。大量实验证实，发酵体系适度降低ph值可显著激活谷氨酸脱羧酶活性，多数乳酸菌来源gad的最适催化ph为4.5-5.5，酸性环境下酶活与催化效率达到峰值，此外，多数革兰氏阳性益生菌可通过酸胁迫诱导，大幅提升谷氨酸脱羧酶合成能力，加速l-谷氨酸向γ-氨基丁酸定向转化。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种高产γ-氨基丁酸的菌株及其应用，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种高产γ-氨基丁酸的菌株，所述菌株为短发酵剂乳杆菌（

levilactobacillus brevis）c8，于2026年06月08日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为cgmcc no.39278。

4、另一方面，本发明提供了一种高产γ-氨基丁酸的菌株在发酵合成γ-氨基丁酸中的应用。

5、与现有技术相比，本发明的具体有益效果为：

6、本发明经自然基质筛选、纯化驯化后获得短发酵剂乳杆菌（

levilactobacillus

brevis）c8，具有高效的γ-氨基丁酸合成生产能力，菌株生长速率快、易于人工培养，耐酸耐受能力突出，代谢专一性强，遗传性状稳定，生物安全性高，为γ-氨基丁酸的高效工业化生产及其相关功能产品的产业化应用开发提供了优良的菌种基础与技术支撑；

7、利用该菌株，可为开发具有神经舒缓、代谢调节、健康维护及肌肤修护功效的功能性益生菌资源提供核心菌种材料。

1.一种高产γ-氨基丁酸的菌株，其特征在于，所述菌株为短发酵剂乳杆菌（levilactobacillus brevis）c8，于2026年06月08日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，保藏编号为cgmcc no.39278。

2.一种如权利要求1所述的高产γ-氨基丁酸的菌株在发酵合成γ-氨基丁酸中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述初始ph值为4.5，l-谷氨酸的浓度为35g/l，恒温培养的温度为33℃。