合成生物催化剂摘译自:http://dx.doi.org/10.1021/acssynbio.0c00264

  3-羟基丙酸(3-hydroxypropionic acid3-HP)是一种重要的平台化合物,可以合成多种重要的化学物质,如丙烯酸、丙二酸,以及生物降解性塑料聚3-羟基丙酸,还可以作为食品或饲料的添加剂和防腐剂。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是一种应用历史悠久的模式生物。不仅是重要的食品工业微生物,同样也是备受合成生物学家青睐的天然产物合成平台。

  通过代谢工程改造将酿酒酵母应用于3-HP的生产将为生物合成进一步替代传统的石油工业打下基础,为工业绿色化创造可能。

  近日来自北京化工大学的刘子鹤团队在《ACS synthetic biology》杂志上发表文章《Rewiring Central Carbon Metabolism Ensures Increased Provision of Acetyl-CoA and NADPH Required for 3OH-Propionic Acid Production》。通过重构乙酰辅酶ANADPH再生途径实现了相较于出发菌株24倍的3-羟基丙酸产量提升。

  文章首先对丙二酰辅酶A还原酶(malonyl-CoA reductaseMCR)和乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylaseAccl)进行了过表达。MCR来自澳大利亚假单胞菌,这种酶有两种功能,能够将丙二酰辅酶A转为3-HP,也能参与CO2固定。由于该酶最适温度为50-57,因此文章使用了200拷贝数的超高拷贝质粒去平衡发酵温度偏低带来的MCR活力弱化现象,得到了410mg/L3-HP产量。随后文章过表达了Accl,但3-HP产量提升不明显。

  文章认为,过表达Accl未能提升3-HP产量的原因是消耗乙酰辅酶A导致细胞内ATP的产量降低,因此引入了磷酸酮醇酶途径,将外源的乙酰磷酸转移酶(phosphotransacetylasePTA)和木糖-5-磷酸特异性酮醇酶(xylulose-5-phosphate specific phosphoketolasexPK)整合到酿酒酵母基因组中,将3-HP的产量提升到608mg/L

  随后文章用不同强度的启动子调节了磷酸戊糖途径,优化了NADPH的供给,并增加了NADP+依赖型醛脱氢酶的表达,最后组合调控的最优者达到了864.5 mg/L3-HP产量。

 

代谢途径重构

最终发酵结果

(徐毅诚摘译)


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