Metabolic pathway optimization for biosynthesis of 1,2,4-butanetriol from xylose by engineered Escherichia coli

木糖 代谢途径 生物合成 代谢工程 生物过程 生物化学 醛还原酶 脱水酶 大肠杆菌 生物催化 生物 生物技术 还原酶 催化作用 发酵 基因 古生物学 离子液体
作者
Nannan Zhang,Jinbao Wang,Yang Zhang,Haijun Gao
出处
期刊:Enzyme and microbial technology [Elsevier]
卷期号:93-94: 51-58 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.enzmictec.2016.07.007
摘要

1,2,4-Butanetriol (BT) and related derivatives have been widely used in many fields, especially in the military and in medicine. In this paper, we systematically optimized the BT biosynthetic pathway. We first investigated the activities of various NADH dependent aldehyde reductases (ALRs), which catalyze the fourth reaction in the four-step pathway for BT production from xylose in E. coli, and found that a combination of multiple endogenous enzymes catalyzed aldehyde reduction in the BT production bioprocess and that YqhD in E. coli was a main ALR for BT production. In addition, ADH2 from Saccharomyces cerevisiae can effectively catalyze 3,4-dihydroxybutanal to BT. Also, YjhG was identified as the major xylonate dehydratase and was co-overexpressed with YqhD, resulting in an improvement of BT production by 30%. Moreover, we identified and eliminated the competing branch pathway by inactivating 2-keto acid reductases (yiaE). Finally, the combination of these approaches led to BT production of 5.1 g/L. In summary, our study provides insights into the biosynthetic pathway for BT production, demonstrates an effective strategy to enhance BT production, and paves the way toward in-depth research on BT biosynthesis.
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