Improved fermentative γ-aminobutyric acid production by secretory expression of glutamate decarboxylase by Corynebacterium glutamicum

谷氨酸棒杆菌 谷氨酸脱羧酶 生物化学 发酵 生物 细胞外 脱羧 化学 谷氨酸受体 催化作用 基因 受体
作者
Jingbai Wen,Jie Bao
出处
期刊:Journal of Biotechnology [Elsevier]
卷期号:331: 19-25 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.jbiotec.2021.03.003
摘要

Fermentative production of γ-aminobutyric acid by the glutamate overproducing Corynebacterium glutamicum from cheap sugar feedstock is generally regarded as one of the most promising methods to reduce the production cost. However, the intracellularly expressed glutamate decarboxylase in C. glutamicum often showed feeble catalysis activity to convert glutamate into γ-aminobutyric acid. Here we tried to secretory express glutamate decarboxylase to achieve efficient extracellular decarboxylation of glutamate, thus improving the γ-aminobutyric acid production by C. glutamicum. We first tested glutamate decarboxylases from different sources, and the mutated glutamate decarboxylase GadBmut from E. coli with better catalytic performance was selected. Then, a signal peptide of the SEC translocation pathway directed the successful secretion of glutamate decarboxylase in C. glutamicum. The extracellular catalysis by secreted glutamate decarboxylase increased the γ-aminobutyric acid generation by three-fold, compared with intracellular catalysis. Enhancing glutamate decarboxylase expression and decreasing γ-aminobutyric acid degradation further increased γ-aminobutyric acid production by 39 %. The fed-batch fermentation of the engineered C. glutamicum strain reached the record high titer (77.6 ± 0.0 g /L), overall yield (0.44 ± 0.00 g/g glucose), and productivity (1.21 ± 0.00 g/L/h). This study demonstrated a unique design of extracellular catalysis for efficient γ-aminobutyric acid production by C. glutamicum.
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