Optimization of l-Fucose Biosynthesis in Escherichia coli through Pathway Engineering and Mixed Carbon Source Strategy

岩藻糖 生物化学 代谢工程 化学 岩藻糖基转移酶 大肠杆菌 发酵 甘油 生物反应器 基因 半乳糖 有机化学
作者
Zhu Xia,Caiwen Lao,Jinyong Wu,Yiwen Jin,Xiangsong Chen,He Li,Xuetong Fan,Lixia Yuan,Lijie Sun
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c12544
摘要

This study presents an engineered strain of Escherichia coli specifically designed to enhance the production of l-fucose while minimizing residues of 2′-fucosyllactose. The optimization strategies employed include the selection of key enzymes, optimization of gene copy numbers, and fermentation using mixed carbon sources. The metabolic flux was directed toward l-fucose synthesis by integrating preferred 1,2-fucosyltransferase and α-l-fucosidase into the genome. Furthermore, the gene copy numbers were optimized to enhance enzyme expression, thereby increasing l-fucose production. Additionally, the supply of guanosine 5′-triphosphate was improved, and cofactors were regenerated to better regulate metabolism. Modifications to transporter proteins effectively reduced the accumulation of 2′-fucosyllactose. The implementation of a glucose/glycerol co-fermentation strategy enhanced carbon flux distribution and strain efficiency. The optimized strain achieved a yield of 91.90 g/L of l-fucose in a 5 L bioreactor, representing an 80.01% increase over previous yields, with a productivity of 1.18 g L–1 h–1. This yield is the highest reported for l-fucose, demonstrating its potential for industrial production.
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