Developing a novel heme biosensor to produce high-active hemoproteins in Pichia pastoris through comparative transcriptomics

血红素 血红素蛋白 毕赤酵母 生物化学 肌红蛋白 生物传感器 生物 化学 基因 重组DNA
作者
Fei Yu,Chenyang Li,Tao Zhang,Zhou Jingwen,Jianghua Li,Jian Chen,Guocheng Du,Xinrui Zhao
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:84: 59-68 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2024.06.002
摘要

The development of a heme-responsive biosensor for dynamic pathway regulation in eukaryotes has never been reported, posing a challenge for achieving the efficient synthesis of multifunctional hemoproteins and maintaining intracellular heme homeostasis. Herein, a biosensor containing a newly identified heme-responsive promoter, CRISPR/dCas9, and a degradation tag N-degron was designed and optimized to fine-tune heme biosynthesis in the efficient heme-supplying Pichia pastoris P1H9 chassis. After identifying literature-reported promoters insensitive to heme, the endogenous heme-responsive promoters were mined by transcriptomics, and an optimal biosensor was screened from different combinations of regulatory elements. The dynamic regulation pattern of the biosensor was validated by the transcriptional fluctuations of the HEM2 gene involved in heme biosynthesis and the subsequent responsive changes in intracellular heme titers. We demonstrate the efficiency of this regulatory system by improving the production of high-active porcine myoglobin and soy hemoglobin, which can be used to develop artificial meat and artificial metalloenzymes. Moreover, these findings can offer valuable strategies for the synthesis of other hemoproteins.
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