Dynamic control of toxic natural product biosynthesis by an artificial regulatory circuit

香兰素 群体感应 生物合成 天然产物 代谢工程 合成生物学 细胞生物学 化学 生物化学 计算生物学 生物 基因 毒力
作者
Chaoning Liang,Xuanxuan Zhang,Jieyuan Wu,Shanshan Mu,Zhe Wu,Jian‐Ming Jin,Shuang‐Yan Tang
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:57: 239-246 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2019.12.002
摘要

To mimic the delicately regulated metabolism in nature for improved efficiency, artificial and customized regulatory components for dynamically controlling metabolic networks in multiple layers are essential in laboratory engineering. For this purpose, a novel regulatory component for controlling vanillin biosynthetic pathway was developed through directed evolution, which was responsive to both the product vanillin and substrate ferulic acid, with different capacities. This regulatory component facilitated pathway expression via dynamic control of the intracellular substrate and product concentrations. As vanillin is an antimicrobial compound, low pathway expression and vanillin formation levels enabled better cell growth at an early stage, and the product feedback-activated pathway expression at later stages significantly improved biosynthesis efficiency. This novel multiple-layer dynamic control was demonstrated effective in managing the trade-off between cell growth and production, leading to improved cell growth and vanillin production compared to the conventional or quorum-sensing promoter-controlled pathway. The multiple-layer dynamic control enabled by designed regulatory components responsive to multiple signals shows potential for wide applications in addition to the dynamic controls based on biosynthetic intermediate sensing and quorum sensing reported to date.
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