Constructing a synthetic pathway for acetyl-coenzyme A from one-carbon through enzyme design

乙醇醛 化学 生物合成 代谢物 代谢途径 过氧化物酶体 生物化学 催化作用 基因
作者
Xiaoyun Lu,Yuwan Liu,Yiqun Yang,Shanshan Wang,Qian Wang,Xiya Wang,Zhihui Yan,Jian Cheng,Cui Liu,Xue Yang,Hao Luo,Sheng Yang,Junran Gou,Luzhen Ye,Lina Lu,Zhidan Zhang,Yu Guo,Yan Nie,Jianping Lin,Sheng Li
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:210
标识
DOI:10.1038/s41467-019-09095-z
摘要

Abstract Acetyl-CoA is a fundamental metabolite for all life on Earth, and is also a key starting point for the biosynthesis of a variety of industrial chemicals and natural products. Here we design and construct a Synthetic Acetyl-CoA (SACA) pathway by repurposing glycolaldehyde synthase and acetyl-phosphate synthase. First, we design and engineer glycolaldehyde synthase to improve catalytic activity more than 70-fold, to condense two molecules of formaldehyde into one glycolaldehyde. Second, we repurpose a phosphoketolase to convert glycolaldehyde into acetyl-phosphate. We demonstrated the feasibility of the SACA pathway in vitro, achieving a carbon yield ~50%, and confirmed the SACA pathway by 13 C-labeled metabolites. Finally, the SACA pathway was verified by cell growth using glycolaldehyde, formaldehyde and methanol as supplemental carbon source. The SACA pathway is proved to be the shortest, ATP-independent, carbon-conserving and oxygen-insensitive pathway for acetyl-CoA biosynthesis, opening possibilities for producing acetyl-CoA-derived chemicals from one-carbon resources in the future.
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