Programmable biomolecular switches for rewiring flux in Escherichia coli

大肠杆菌蛋白质类 焊剂(冶金) 大肠杆菌 生物 纳米技术 生物化学 生物物理学 化学 计算生物学 材料科学 基因 有机化学
作者
Cong Gao,J. Hou,Peng Xu,Liang Guo,Xiulai Chen,Guipeng Hu,Chao Ye,Harley Edwards,Jian Chen,Wei Chen,Li Liu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:90
标识
DOI:10.1038/s41467-019-11793-7
摘要

Synthetic biology aims to develop programmable tools to perform complex functions such as redistributing metabolic flux in industrial microorganisms. However, development of protein-level circuits is limited by availability of designable, orthogonal, and composable tools. Here, with the aid of engineered viral proteases and proteolytic signals, we build two sets of controllable protein units, which can be rationally configured to three tools. Using a protease-based dynamic regulation circuit to fine-tune metabolic flow, we achieve 12.63 g L-1 shikimate titer in minimal medium without inducer. In addition, the carbon catabolite repression is alleviated by protease-based inverter-mediated flux redistribution under multiple carbon sources. By coordinating reaction rate using a protease-based oscillator in E. coli, we achieve D-xylonate productivity of 7.12 g L-1 h-1 with a titer of 199.44 g L-1. These results highlight the applicability of programmable protein switches to metabolic engineering for valuable chemicals production.
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