Correlation analysis of targeted proteins and metabolites to assess and engineer microbial isopentenol production

计算生物学 代谢工程 异源的 代谢途径 通路分析 功能(生物学) 生化工程 系统生物学 生物 代谢组学 合成生物学 蛋白质组学 生物技术 生物化学 基因 生物信息学 遗传学 基因表达 工程类
作者
Kevin W. George,Amy Chen,Aakriti Jain,Tanveer S. Batth,Edward E. K. Baidoo,George Wang,Paul D. Adams,Young-Mo Kim,Jay D. Keasling,Taek Soon Lee
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:111 (8): 1648-1658 被引量:86
标识
DOI:10.1002/bit.25226
摘要

The ability to rapidly assess and optimize heterologous pathway function is critical for effective metabolic engineering. Here, we develop a systematic approach to pathway analysis based on correlations between targeted proteins and metabolites and apply it to the microbial production of isopentenol, a promising biofuel. Starting with a seven-gene pathway, we performed a correlation analysis to reduce pathway complexity and identified two pathway proteins as the primary determinants of efficient isopentenol production. Aided by the targeted quantification of relevant pathway intermediates, we constructed and subsequently validated a conceptual model of isopentenol pathway function. Informed by our analysis, we assembled a strain which produced isopentenol at a titer 1.5 g/L, or 46% of theoretical yield. Our engineering approach allowed us to accurately identify bottlenecks and determine appropriate pathway balance. Paired with high-throughput cloning techniques and analytics, this strategy should prove useful for the analysis and optimization of increasingly complex heterologous pathways.

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