Sustainable production of 4-hydroxyisoleucine with minimised carbon loss by simultaneously utilising glucose and xylose in engineered Escherichia coli

木糖 大肠杆菌 化学 工业发酵 碳通量 生物化学 产量(工程) 食品科学 发酵 代谢工程 生物 材料科学 生态系统 基因 冶金 生态学
作者
Minhua Wei,Gui‐Rong Li,Haixiao Xie,Wenjun Yang,Haoran Xu,Shibao Han,Junzhe Wang,Yan Meng,Qingyang Xu,Yanjun Li,Ning Chen,Chenglin Zhang
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier]
卷期号:354: 127196-127196 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2022.127196
摘要

4-Hydroxyisoleucine is a promising drug for diabetes therapy; however, microbial production of 4-hydroxyisoleucine is not economically efficient because of the carbon loss in the form of CO2. This study aims to achieve de novo synthesis of 4-hydroxyisoleucine with minimised carbon loss in engineered Escherichia coli. Initially, an L-isoleucine-producing strain, ILE-5, was established, and the 4-hydroxyisoleucine synthesis pathway was introduced. The flux toward α-ketoglutarate was enhanced by reinforcing the anaplerotic pathway and disrupting competitive pathways. Subsequently, the metabolic flux for 4-hydroxyisoleucine synthesis was redistributed by dynamically modulating the α-ketoglutarate dehydrogenase complex activity, achieving a 4-hydroxyisoleucine production of 16.53 g/L. Finally, carbon loss was minimised by employing the Weimberg pathway, resulting in a 24.5% decrease in sugar consumption and a 31.6% yield increase. The 4-hydroxyisoleucine production by strain IEOH-11 reached 29.16 g/L in a 5-L fermenter. The 4-hydroxyisoleucine yield (0.29 mol/mol sugar) and productivity (0.91 g/(L⋅h)) were higher than those previously reported.
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