Construction of 5-Aminolevulinic Acid Microbial Cell Factories through Identification of Novel Synthases and Metabolic Pathway Screens and Transporters

生物生产 生物化学 大肠杆菌 生物合成 代谢途径 生物 ATP结合盒运输机 ATP合酶 硫链球菌素 代谢工程 发酵 运输机 基因 核糖核酸 核糖体
作者
Wenqiu Wang,Yulong Xiang,Guobin Yin,Shan Hu,Jian Cheng,Jian Chen,Guocheng Du,Zhen Kang,Yang Wang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (14): 8006-8017 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c00903
摘要

5-Aminolevulinic acid (5-ALA) plays a pivotal role in the biosynthesis of heme and chlorophyll and has garnered great attention for its agricultural applications. This study explores the multifaceted construction of 5-ALA microbial cell factories. Evolutionary analysis-guided screening identified a novel 5-ALA synthase from Sphingobium amiense as the best synthase. An sRNA library facilitated global gene screening that demonstrated that trpC and ilvA repression enhanced 5-ALA production by 74.3% and 102%, respectively. Subsequently, efflux of 5-ALA by the transporter Gdx increased 5-ALA biosynthesis by 25.7%. To mitigate oxidative toxicity, DNA-binding proteins from starved cells were employed, enhancing cell density and 5-ALA titer by 21.1 and 4.1%, respectively. Combining these strategies resulted in an Escherichia coli strain that produced 5-ALA to 1.51 g·L–1 in shake flask experiments and 6.19 g·L–1 through fed-batch fermentation. This study broadens the repertoire of available 5-ALA synthases and transporters and provides a new platform for optimizing 5-ALA bioproduction.
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