Hot spot-based engineering of ketopantoate hydroxymethyltransferase for the improvement of D-pantothenic acid production in Escherichia coli

丝氨酸羟甲基转移酶 谷氨酸棒杆菌 大肠杆菌 产量(工程) 化学 生物化学 生物 丝氨酸 基因 材料科学 冶金
作者
Xue Cai,Xue Shi,Siqi Liu,Qiang Yu,Jidong Shen,Bo Zhang,Zhi‐Qiang Liu,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:Journal of Biotechnology [Elsevier]
卷期号:364: 40-49 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jbiotec.2023.01.010
摘要

D-Pantothenic acid (D-PA) is an essential vitamin with wide applications. However, the biotechnological production of D-PA is still not competitive with the chemical synthesis in terms of production cost. Ketopantoate hydroxymethyltransferase is a crucial enzyme in the D-PA synthetic pathway in Escherichia coli encoded by the panB gene. Here a hot spots study was applied to a ketopantoate hydroxymethyltransferase from Corynebacterium glutamicum (CgKPHMT) to relieve the product inhibitory effect and thus improve the D-PA production. Compared with the wild type, the double-site variant CgKPHMT-K25A/E189S showed 1.8 times higher enzyme activity and 2.1 times higher catalytic efficiency, 1.88 and 3.32 times higher inhibitory constant of α-ketoisovalerate and D-PA, respectively. The D-PA yield using E. coli W3110 adopted the double-site variant was 41.17 g·L−1 within 48 h, a 9.80 g·L−1 increase. Structural analysis of K25A/E189S revealed the expansion of the entry channel and the change of the electric charge from negative to uncharged due to the substitution from glutamic acid to serine at site 189. Our study emphasized the positive roles of ketopantoate hydroxymethyltransferase in D-PA production and paved the way by analyzing critical enzymes in the synthetic pathway of E. coli to increase the D-PA yield.
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