De novo synthesis of 2'-fucosyllactose in engineered Bacillus subtilis ATCC 6051a

枯草芽孢杆菌 大肠杆菌 甘油 异源的 木糖 重组DNA 发酵 生物 杆菌科 生物化学 化学 微生物学 分子生物学 细菌 基因 遗传学
作者
Minghua Ji,Yufei Liu,Shiqiu Xie,Cong Fu,Min Liu,Jiping Shi,Junsong Sun
出处
期刊:Process Biochemistry [Elsevier BV]
卷期号:120: 178-185 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.procbio.2022.06.007
摘要

Microbial synthesis of 2'-fucosyllactose (2'-FL) has received much attention in recent years. In this study, Bacillus subtilis ATCC 6051a, a nonpathogenic GRAS (generally recognized as safe) organism, was engineered to produce 2'-FL. After a synthetic pathway comprising six genes was incorporated into the host cell genome, only a low level of 2'-FL (120 mg/L) was initially detected in recombinant cell culture. Comparison of heterologous lactose transporters confirmed the superior role of LacY from Escherichia coli for efficient production of 2'-FL in B. subtilis . There are two β-galactosidases, GanA and YesZ, in B. subtilis . Deletion of ganA and yesZ caused by insertion of the lacY cassette led to 2'-FL accumulation in shaking-flask culture at concentrations of 3.13 g/L and 5.56 g/L, respectively, which increased to 6.13 g/L in the double-deletion strain 164FL-GY. In addition, enhanced xylose metabolism in 164FL-GY further increased the concentration of 2'-FL to 7.14 g/L. In fed-batch fermentation, the highest productivity of 0.56 g/L·h was achieved in glycerol and xylose containing medium using engineered B. subtilis , and the accumulated 2'-FL reached 31.2 g/L. This is the first report of recombinant B. subtilis for high-level production of 2'-FL via a de novo synthesis pathway. • The first report employing Bacillus for production of 2'-fucosyllactose via a de novo synthetic pathway. • T7 RNA polymerase-based expression of 2'-fucosyllactose synthases in B. subtilis. • The production level of 2'- fucosyllactose in B. subtilis affected by xylose metabolism. • Improvement of 2'- fucosyllactose titer achieved by knockout of GanA and YesZ in B. subtilis .

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