Pathway engineering in yeast for synthesizing the complex polyketide bikaverin

聚酮 聚酮合酶 生物合成 酵母 生物化学 代谢工程 天然产物 酿酒酵母 绿色荧光蛋白 融合蛋白 化学 生物 计算生物学 重组DNA 基因
作者
Meng Zhao,Yu Zhao,Mingdong Yao,Hala Iqbal,Qi Hu,Hong Liu,Bin Qiao,Chun Li,Christine A. S. Skovbjerg,Jens Nielsen,Jens Nielsen,Rasmus John Normand Frandsen,Ying‐Jin Yuan,Jef D. Boeke
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:37
标识
DOI:10.1038/s41467-020-19984-3
摘要

Abstract Fungal polyketides display remarkable structural diversity and bioactivity, and therefore the biosynthesis and engineering of this large class of molecules is therapeutically significant. Here, we successfully recode, construct and characterize the biosynthetic pathway of bikaverin, a tetracyclic polyketide with antibiotic, antifungal and anticancer properties, in S. cerevisiae . We use a green fluorescent protein (GFP) mapping strategy to identify the low expression of Bik1 (polyketide synthase) as a major bottleneck step in the pathway, and a promoter exchange strategy is used to increase expression of Bik1 and bikaverin titer. Then, we use an enzyme-fusion strategy to directly couple the monooxygenase (Bik2) and methyltransferase (Bik3) to efficiently channel intermediates between modifying enzymes, leading to an improved titer of bikaverin at 202.75 mg/L with flask fermentation (273-fold higher than the initial titer). This study demonstrates that the biosynthesis of complex fungal polyketides can be established and efficiently engineered in S. cerevisiae , highlighting the potential for natural product synthesis and large-scale fermentation in yeast.
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