Establishment of picodroplet-based co-culture system to improve erythritol production in Yarrowia lipolytica

雅罗维亚 赤藓糖醇 酵母 生物反应器 化学 生物传感器 单元格排序 发酵 生物 生物化学 微生物学 体外 有机化学
作者
Shuang Li,Yuan Zhang,Lu Li,Yaomeng Yuan,Haoxuan Sun,Xin‐Hui Xing,Xiaoyan Wang,Chong Zhang
出处
期刊:Biochemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:198: 109036-109036
标识
DOI:10.1016/j.bej.2023.109036
摘要

Fluorescence-activated droplet sorting (FADS) combined with transcription factor (TF)-based biosensors allows for the high-throughput isolation of clones that overproduce extracellular metabolites. Here, we developed a FADS-TF coculture pipeline for improving erythritol production in Yarrowia lipolytica. The pipeline comprises three droplet operation steps: the generation and incubation of droplets that encapsulate yeast mutants with single-cell resolution, the pico-injection of fluorescence-based erythritol-biosensing Escherichia coli, and the sorting of the highest fluorescence droplets with an approximately 1 ‰ survival ratio. With the picodroplet-based workflow, we initially carried out a two-stage temperature and pH control strategy on the droplets to separate the erythritol production and detection processes. We then eliminated the background expression of biosensors by utilizing pH-sensitive erythromycin, finally establishing a complete version of the coculture screening system. The optimal strain, Yarrowia lipolytica S4-9, contributed 231.2 g/L erythritol after a 114-h fermentation and was successfully screened from the fourth round of the mutant library. Compared to the parent, the erythritol yield and production rate of Yarrowia lipolytica S4-9 increased by 16.97 % and 26.09 %, respectively, in a 5-L bioreactor. Our results indicated that FADS-TFs have great potential for the high-throughput screening of extracellular products as additional biosensors become available.
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