Metabolic engineering of E. coli for β-alanine production using a multi-biosensor enabled approach

丙氨酸 代谢工程 生物化学 发酵 产量(工程) 化学 拉伤 生物 氨基酸 材料科学 解剖 冶金
作者
Shuo‐Fu Yuan,Priya H. Nair,Dominic Borbon,Sarah M. Coleman,Po‐Hsun Fan,Wen-Ling Lin,Hal S. Alper
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier]
卷期号:74: 24-35 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2022.08.012
摘要

β-alanine is an important biomolecule used in nutraceuticals, pharmaceuticals, and chemical synthesis. The relatively eco-friendly bioproduction of β-alanine has recently attracted more interest than petroleum-based chemical synthesis. In this work, we developed two types of in vivo high-throughput screening platforms, wherein one was utilized to identify a novel target ribonuclease E (encoded by rne) as well as a redox-cofactor balancing module that can enhance de novo β-alanine biosynthesis from glucose, and the other was employed for screening fermentation conditions. When combining these approaches with rational upstream and downstream module engineering, an engineered E. coli producer was developed that exhibited 3.4- and 6.6-fold improvement in β-alanine yield (0.85 mol β-alanine/mole glucose) and specific β-alanine production (0.74 g/L/OD600), respectively, compared to the parental strain in a minimal medium. Across all of the strains constructed, the best yielding strain exhibited 1.08 mol β-alanine/mole glucose (equivalent to 81.2% of theoretic yield). The final engineered strain produced 6.98 g/L β-alanine in a batch-mode bioreactor and 34.8 g/L through a whole-cell catalysis. This approach demonstrates the utility of biosensor-enabled high-throughput screening for the production of β-alanine.
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