合成生物催化剂摘译自:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1096717620301579?via%3Dihub

  苯甲酸是一种重要的平台化合物,可用于制造黏胶、防腐剂等工业产品,被广泛应用于食品、化妆品和制药领域。截止目前,苯甲酸主要通过甲苯氧化来制取,该反应需要在高温高压下使用重金属催化剂(例如钴和环烷酸锰)。而甲苯来自于石油。因此开发一种高效、廉价且对环境友好的苯甲酸制备方法是非常有价值的。

  近日来自韩国科学技术院的Sang Yup Lee团队在《Metabolic engineering》杂志上发表文章《Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of benzoic acid from glucose》。以一条植物来源、一条微生物来源的苯甲酸合成途径为基础,通过设计和整合,构建了两株能以葡萄糖为原料生产苯甲酸的大肠杆菌菌株。证明了大肠杆菌具备以葡萄糖合成苯甲酸的潜力。

  研究首先通过计算机通量响应分析,系统评估了葡萄糖为原料情况下植物来源的三条不同的苯甲酸生物合成途径和微生物来源的苯甲酸合成途径在苯甲酸合成方面的性能。 通过引入和筛选所需的异源酶,在两株大肠杆菌中分别构建了一条微生物和一条植物来源的异源苯甲酸合成途径。(其余两条植物来源的苯甲酸合成途径未被选用是因为对应的酶性质和基因序列尚不清楚)。为了最大化苯甲酸的产量,分别优化了针对两条苯甲酸合成途径的组合表达质粒。同时通过基因组编辑优化了苯甲酸前体合成并敲除了合成途径上的分支途径。在两株大肠杆菌工程菌株中均获得了可观的苯甲酸产量。植物来源和微生物来源的苯甲酸合成途径改造菌株在以葡萄糖为原料的情况下,分别产生了 2.37 ± 0.02g/L和 181.0 ± 5.8 mg/L的苯甲酸产量。前者是迄今为止报道的通过微生物发酵获得的最高的苯甲酸产量。

  由于大肠杆菌的苯甲酸耐受能力较弱(以苯甲酸钠等效换算,大肠杆菌的苯甲酸耐受上限仅 2g/L左右),因此克服苯甲酸毒性、减少中间体和副产物的积累,将有助于进一步提高苯甲酸的产量。 该研究报道的策略也可用于设计从葡萄糖或其他可再生原料生产芳香族化合物的新途径。

 

四条苯甲酸合成途径,最短的一条来自微生物,其余来自植物

补料发酵情况

(徐毅诚摘译)


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