Pathway engineering of Escherichia coli for α‐ketoglutaric acid production

大肠杆菌 柠檬酸循环 代谢工程 三羧酸 生物化学 丙酮酸羧化酶 生物反应器 异柠檬酸脱氢酶 脱氢酶 乙酰辅酶A 生物生产 代谢途径 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 辅因子 化学 有机化学 基因
作者
Xiulai Chen,Xiaoxiang Dong,Jia Liu,Qiuling Luo,Li Liu
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:117 (9): 2791-2801 被引量:24
标识
DOI:10.1002/bit.27456
摘要

α-Ketoglutaric acid (α-KG) is a multifunctional dicarboxylic acid in the tricarboxylic acid (TCA) cycle, but microbial engineering for α-KG production is not economically efficient, due to the intrinsic inefficiency of its biosynthetic pathway. In this study, pathway engineering was used to improve pathway efficiency for α-KG production in Escherichia coli. First, the TCA cycle was rewired for α-KG production starting from pyruvate, and the engineered strain E. coli W3110Δ4-PCAI produced 15.66 g/L α-KG. Then, the rewired TCA cycle was optimized by designing various strengths of pyruvate carboxylase and isocitrate dehydrogenase expression cassettes, resulting in a large increase in α-KG production (24.66 g/L). Furthermore, acetyl coenzyme A (acetyl-CoA) availability was improved by overexpressing acetyl-CoA synthetase, leading to α-KG production up to 28.54 g/L. Finally, the engineered strain E. coli W3110Δ4-P(H) CAI(H) A was able to produce 32.20 g/L α-KG in a 5-L fed-batch bioreactor. This strategy described here paves the way to the development of an efficient pathway for microbial production of α-KG.
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