合成生物催化剂摘译自:https://microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12934-022-01915-0

萜类化合物,即萜烯及其功能化衍生物,是基于异戊二烯的天然产物,在植物代谢中具有重要作用。由于其结构的多样性和丰富性,萜类化合物在香料、香料和制药工业中有重要的应用。α香树脂醇和β香树脂醇是三萜的代表性成员,两者不同之处在于其甲基在三萜骨架上的位置,两者均可作为下游生物合成其他高价值的生物活性化合物的前体。传统方法通过植物提取或化学合成均会产生大量有机废料,如何使用微生物工厂进行高效廉价合成成为了一个巨大的挑战。

近日,天津科技大学于爱群课题组于Microbial Cell Factories发表文章Enhanced production of amyrin in Yarrowia lipolytica using a combinatorial protein and metabolic engineering approach,使用解脂耶氏酵母作为底盘菌生产aβ香树脂醇。

作者首先对一种来自长春花的多功能香树脂醇合成酶进行了解脂耶氏酵母密码子优化,并在解脂耶氏酵母中进行表达以验证其酶活,发现该蛋白在解脂耶氏酵母中有较高酶活。为进一步提高产量,作者进行了两个方向的改造。首先将甲羟戊酸途径中的主要基因HMG1ERG20ERG9ERG1进行了单一基因或组合基因的过表达,从而将碳通量导向香树脂醇合成通路。而后作者通过Schrödinger软件包对该蛋白进行建模,并理性设计使用丙氨酸取代8个关键氨基酸残基以增强蛋白质的催化活性。通过上述蛋白工程改造,作者提高了香树脂醇合成酶的催化活性约10倍。

最终作者将上述两个方案进行了联用,改造后的菌株不但进行了碳流的增强,同时还使用了蛋白工程改造蛋白,最终使香树脂醇产量提升了20倍以上。最后作者还对不同的发酵条件包括温度,氧气的体积传质系数和碳源类型等因素进行了研究。发酵条件优化后作者以葡萄糖为碳源在30℃条件下发酵最终获得了100 mg/Lα香树脂醇和20 mg/Lβ香树脂醇。作者认为上述策略对解脂耶氏酵母生产或提高其他萜类化合物的产量具有参考价值。

                                                         (张逸原摘译)


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