Silk fibroin production in Escherichia coli is limited by a positive feedback loop between metabolic burden and toxicity stress

丝素 丝绸 大肠杆菌 代谢工程 生物化学 拉伤 焊剂(冶金) 氨基酸 生物 化学 酶 材料科学 有机化学 复合材料 基因 解剖
作者
Zhengyang Xiao,Alexander Connor,Alyssa M. Worland,Yinjie Tang,R. Helen Zha,Mattheos Koffas
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:77: 231-241 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2023.03.011
摘要

To investigate the metabolic elasticity and production bottlenecks for recombinant silk proteins in Escherichia coli, we performed a comprehensive characterization of one elastin-like peptide strain (ELP) and two silk protein strains (A5 4mer, A5 16mer). Our approach included 13C metabolic flux analysis, genome-scale modeling, transcription analysis, and 13C-assisted media optimization experiments. Three engineered strains maintained their central flux network during growth, while measurable metabolic flux redistributions (such as the Entner–Doudoroff pathway) were detected. Under metabolic burdens, the reduced TCA fluxes forced the engineered strain to rely more on substrate-level phosphorylation for ATP production, which increased acetate overflow. Acetate (as low as 10 mM) in the media was highly toxic to silk-producing strains, which reduced 4mer production by 43% and 16mer by 84%, respectively. Due to the high toxicity of large-size silk proteins, 16mer′s productivity was limited, particularly in the minimal medium. Therefore, metabolic burden, overflow acetate, and toxicity of silk proteins may form a vicious positive feedback loop that fractures the metabolic network. Three solutions could be applied: 1) addition of building block supplements (i.e., eight key amino acids: His, Ile, Phe, Pro, Tyr, Lys, Met, Glu) to reduce metabolic burden; 2) disengagement of growth and production; and 3) use of non-glucose based substrate to reduce acetate overflow. Other reported strategies were also discussed in light of decoupling this positive feedback loop.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
CipherSage的应助被kk采纳,获得10
1秒前
ding的应助被kk采纳,获得10
1秒前
秋风的应助被kk采纳,获得10
1秒前
xxxhxxx完成签到 ,获得积分10
1秒前
脑洞疼的应助被kk采纳,获得10
1秒前
奥特曼发布了新的文献求助10
1秒前
wanci的应助被kk采纳,获得10
1秒前
Lucas的应助被kk采纳,获得10
2秒前
SciGPT的应助被kk采纳,获得10
2秒前
香蕉觅云的应助被kk采纳,获得10
2秒前
jiajiajiajia发布了新的文献求助10
3秒前
乐乐的应助被坚果采纳,获得10
3秒前
l1暮河关注了科研通微信公众号
3秒前
4秒前
ff发布了新的文献求助10
4秒前
小蘑菇的应助被T1aNer299采纳,获得10
4秒前
4秒前
5秒前
科研通AI6.2的应助被海笑采纳,获得10
5秒前
5秒前
6秒前
6秒前
渡人舟的应助被独特的香魔采纳,获得10
6秒前
喵斯发布了新的文献求助10
6秒前
路宝发布了新的文献求助10
6秒前
英俊的铭的应助被大方采纳,获得10
6秒前
Sea_U的应助被奶龙王采纳,获得10
7秒前
8秒前
无语的臻发布了新的文献求助10
8秒前
可爱的函函的应助被李秀胜采纳,获得10
8秒前
允许一切发生完成签到,获得积分20
9秒前
zyy0226发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
传奇3的应助被小乐采纳,获得10
10秒前
清爽老九发布了新的文献求助10
10秒前
lhh发布了新的文献求助10
11秒前
活力灯泡完成签到,获得积分10
11秒前
小张发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Représentation chimique de la structure des kérogènes et des asphaltènes en fonction de leur origine et de leur degré d'évolution 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
Oncology Clinical Trials: Successful Design, Conduct, and Analysis, Second Edition 800
Ecotourism 400
Comprehensive Heterocyclic Chemistry IV 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8062195
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9486249
关于积分的说明 21334453
捐赠科研通 7630527
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3396665
关于科研通互助平台的介绍 2527019
邀请新用户注册赠送积分活动 2434562