Systematic Engineering of Escherichia coli for Efficient Production of Nicotinamide Mononucleotide From Nicotinamide

烟酰胺单核苷酸 烟酰胺磷酸核糖转移酶 NAD+激酶 烟酰胺 大肠杆菌 生物化学 化学 代谢工程 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 基因
作者
Zhongshi Huang,Ning Li,Shiqin Yu,Weiping Zhang,Tianmeng Zhang,Jingwen Zhou
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:11 (9): 2979-2988 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acssynbio.2c00100
摘要

Research studies on NAD+ have proven its crucial role in aging and disease. Nicotinamide mononucleotide (NMN), as the key intermediate of NAD+, plays a significant role in supplying and maintaining NAD+ levels. In the present study, a biocatalytic method for the efficient synthesis of NMN was established. First, Escherichia coli was systematically modified to make it more conducive to the biosynthesis and accumulation of NMN. Next, the performance of nicotinamide phosphoribosyltransferase from Vibrio bacteriophage KVP40 (VpNadV) was determined, which has the best catalytic activity to produce NMN from nicotinamide. The accumulation of extracellular NMN was further increased after the introduction of an NMN transporter. Fine-tuning of gene expression and copy number led to the synthesis of NMN at the yield of 2.6 g/L at the shake flask level. The introduction of a nicotinamide transporter, BcniaP, could not obviously increase the production of NMN at the shake flask level, but it decreased the production of NMN at the bioreactor level. Finally, the titer of NMN reached 16.2 g/L with a conversion ratio of 97.0% from nicotinamide, both of which are highest according to currently available reports. The fed-batch fermentation with direct supplementation of nicotinamide could facilitate the industrial-scale production of NMN compared to that achieved by the whole-cell catalysis process. These results also represent the highest reported yield of NMN synthesized from nicotinamide in E. coli.
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