Biosynthesis of a Therapeutically Important Nicotinamide Mononucleotide through a Phosphoribosyl Pyrophosphate Synthetase 1 and 2 Engineered Strain of Escherichia coli

烟酰胺单核苷酸 焦磷酸盐 大肠杆菌 生物化学 代谢工程 NAD+激酶 化学 烟酰胺 拉伤 生物合成 重组DNA 烟酰胺磷酸核糖转移酶 生物 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 基因 解剖
作者
Anoth Maharjan,Mamata Singhvi,Beom Soo Kim
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:10 (11): 3055-3065 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acssynbio.1c00333
摘要

Nicotinamide mononucleotide (NMN), a precursor of NAD+, can be synthesized by the conversion of nicotinamide with the help of nicotinamide phosphoribosyl transferase (NAMPT) via the salvage pathway. NMN has recently gained great attention as an excellent therapeutic option due to its long-term effective pharmacological activities. In this study, we constructed a recombinant strain of Escherichia coli by inserting NAMPT and phosphoribosyl pyrophosphate synthetase 1 (PRPS1) and PRPS2 (from Homo sapiens) genes to investigate the effect of PRPS1 and PRPS2 on NMN synthesis. The metabolically engineered strain of E. coli BL21 (DE3) exhibited 1.57 mM NMN production in the presence of Mg2+ and phosphates in batch fermentation studies. For further improvement in NMN production levels, effects of different variables were studied using a response surface methodology approach. A significant increment was achieved with a maximum of 2.31 mM NMN production when supplemented with 1% ribose, 1 mM Mg2+ and phosphate, and 0.5% nicotinamide in the presence of a lactose (1%) inducer. Additionally, insertion of the PRPS1 and PRPS2 genes in the phosphoribosyl pyrophosphate synthesis pathway and individual gene expression studies facilitated a higher NMN production at the intracellular level than the reported studies. The strain exhibited intracellular production of NMN from cheap substrates such as glucose, lactose, and nicotinamide. Hence, the overall optimized process can be further scaled up for the economical production of NMN using a recombinant strain of E. coli BL21 (DE3), which is the future perspective of the current study.
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