Design of a Genetically Encoded Biosensor for High-Throughput Screening and Engineering 5-Aminolevulinic Acid Hyper-Producing Escherichia coli

大肠杆菌 代谢工程 高通量筛选 活性氧 蛋白质工程 发酵 工业发酵 化学 生物化学 生物技术 生物 基因 突变体
作者
Qi Wang,Minjun Jia,Kai Li,Qingbin Li,Jian Zhang,Tianyuan Su,Zhiyong Cui,Qingsheng Qi,Qian Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (12): 4846-4857 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c06991
摘要

5-Aminolevulinic acid (ALA) is a multifunctional nonprotein amino acid used in agriculture, medicine, and other fields. As current environmental problems become increasingly serious, it is of great significance to establish a cheap, environmentally friendly, and sustainable way to synthesize ALA. Therefore, the biosynthesis of ALA is receiving increasing attention. However, the lack of high-throughput screening methods for ALA has become a limiting factor in improving microbial production of ALA. In this study, a high-throughput screening method was developed based on the relationship between reactive oxygen species (ROS) caused by ALA and cyclic adenosine monophosphate (cAMP). First, the relationship between the ROS accumulation and changes in cAMP levels was verified. Subsequently, the selected promoter was optimized by adding cAMP receptor protein (CRP) binding sites at its upstream, and a high-throughput screening method for ALA was established. HemA mutant and ALA-producing Escherichia coli strain mutant were obtained and combined with a series of metabolic engineering strategies to improve ALA production. Finally, the ALA fed-batch fermentation in a 5 L fermenter achieved the highest ALA titer of 58.54 g/L with a productivity of 1.58 g/L/h. This laid the foundation for the industrialization of ALA through biosynthesis.
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