A combined experimental and modelling approach for the Weimberg pathway optimisation

计算机科学 计算生物学 生物
作者
Lu Shen,Martha Kohlhaas,Junichi Enoki,R Meier,Bernhard Schönenberger,Roland Wohlgemuth,Robert Kourist,Felix C. Niemeyer,David van Niekerk,Christopher Bräsen,Jochen Niemeyer,Jacky L. Snoep,Bettina Siebers
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:57
标识
DOI:10.1038/s41467-020-14830-y
摘要

The oxidative Weimberg pathway for the five-step pentose degradation to α-ketoglutarate is a key route for sustainable bioconversion of lignocellulosic biomass to added-value products and biofuels. The oxidative pathway from Caulobacter crescentus has been employed in in-vivo metabolic engineering with intact cells and in in-vitro enzyme cascades. The performance of such engineering approaches is often hampered by systems complexity, caused by non-linear kinetics and allosteric regulatory mechanisms. Here we report an iterative approach to construct and validate a quantitative model for the Weimberg pathway. Two sensitive points in pathway performance have been identified as follows: (1) product inhibition of the dehydrogenases (particularly in the absence of an efficient NAD+ recycling mechanism) and (2) balancing the activities of the dehydratases. The resulting model is utilized to design enzyme cascades for optimized conversion and to analyse pathway performance in C. cresensus cell-free extracts.
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