Heterologous biosynthesis of lutein in S. cerevisiae enabled by temporospatial pathway control

叶黄素 生物合成 番茄红素 环化酶 生物化学 焊剂(冶金) 酵母 异源的 类胡萝卜素 代谢工程 生物 化学 酿酒酵母 基因 有机化学
作者
Qi Bian,Pingping Zhou,Zhen Yao,Min Li,Hongwei Yu,Lidan Ye
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:67: 19-28 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2021.05.008
摘要

The market-expanding lutein is currently mainly supplied by plant extraction, with microbial fermentation using engineered cell factory emerging as a promising substitution. During construction of lutein-producing yeast, α-carotene formation through asymmetric ε- and β-cyclization of lycopene was found as the main limiting step, attributed to intra-pathway competition of the cyclases for lycopene, forming β-carotene instead. To solve this problem, temperature-responsive expression of β-cyclase was coupled to constitutive expression of ε-cyclase for flux redirection to α-carotene by allowing ε-cyclization to occur first. Meanwhile, the ε-cyclase was engineered and re-localized to the plasma membrane for further flux reinforcement towards α-carotene. Finally, pathway extension with proper combination of carotenoid hydroxylases enabled lutein (438 μg/g dry cells) biosynthesis in S. cerevisiae. The success of heterologous lutein biosynthesis in yeast suggested temporospatial pathway control as a potential strategy in solving intra-pathway competitions, and may also be applicable for promoting the biosynthesis of other natural products.
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