Enhancing the Production of ε-Poly-l-Lysine by Engineering the Sucrose Metabolism Pathway in Streptomyces albulus PD-1 Using Cane Molasses

赖氨酸 蔗糖 化学 链霉菌 食品科学 新陈代谢 生物化学 生物 细菌 氨基酸 遗传学
作者
Zhengdong Liu,Min Chen,Shanshan Du,Rui Wang,Yibin Qiu,Sha Li,Hong Xu,Delei Xu
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c07204
摘要

Cane molasses, a sugar-rich agro-industrial byproduct, was used to enhance the production of ε-poly-l-lysine (ε-PL) in Streptomyces albulus PD-1 as a cost-effective carbon source. The sucrose metabolism pathway was engineered by heterologously expressing sucrose-6-phosphate hydrolase from Escherichia coli W. The optimization of various promoters identified the SP44 promoter, increasing the total sugar utilization rate by 2.76-fold compared with the ermEp* promoter. Additionally, adaptive laboratory evolution improved the total sugar utilization rate. The evolved strain achieved an ε-PL titer of 2.65 ± 0.15 g/L in flask experiments, increasing the ε-PL titer by 7.16-fold compared with the unevolved strain. Comparative transcriptomic analyses revealed that the enhanced tolerance of the evolved strain to high concentrations of cane molasses was primarily due to modifications in the sucrose metabolism pathways, microbial metabolism in heavy metals and phenols, and the amino acids transport and metabolic pathways. These changes enabled more efficient ε-PL production. During fed-batch fermentation in a 5-L fermentor using a concentration of 50 g/L cane molasses, the ε-PL titer reached 36.88 ± 0.62 g/L, and dry cell weight was 41.1 ± 1.0 g/L. This study illustrates that cane molasses is an economical carbon source for producing ε-PL on an industrial scale.

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