Integrating Enzyme Evolution and Metabolic Engineering to Improve the Productivity of Γ-Aminobutyric Acid by Whole-Cell Biosynthesis in Escherichia Coli

生物转化 谷氨酸脱羧酶 生物化学 代谢工程 生物合成 生物反应器 辅因子 大肠杆菌 氨基丁酸 化学 生物 发酵 有机化学 受体 基因
作者
Xinwei Yang,Xiaojing Huo,Yaqian Tang,Ming Zhao,Yong Tao,Jianzhong Huang,Chongrong Ke
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (11): 4656-4664 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.2c07613
摘要

γ-Aminobutyric acid (GABA) is used widely in various fields, such as agriculture, food, pharmaceuticals, and biobased chemicals. Based on glutamate decarboxylase (GadBM4) derived from our previous work, three mutants, GadM4-2, GadM4-8, and GadM4-31, were obtained by integrating enzyme evolution and high-throughput screening methods. The GABA productivity obtained through whole-cell bioconversion using recombinant Escherichia coli cells harboring mutant GadBM4-2 was enhanced by 20.27% compared to that of the original GadBM4. Further introduction of the central regulator GadE of the acid resistance system and the enzymes from the deoxyxylulose-5-phosphate-independent pyridoxal 5′-phosphate biosynthesis pathway resulted in a 24.92% improvement in GABA productivity, reaching 76.70 g/L/h without any cofactor addition with a greater than 99% conversion ratio. Finally, when one-step bioconversion was applied for the whole-cell catalysis in a 5 L bioreactor, the titer of GABA reached 307.5 ± 5.94 g/L with a productivity of 61.49 g/L/h by using crude l-glutamic acid (l-Glu) as the substrate. Thus, the biocatalyst constructed above combined with the whole-cell bioconversion method represents an effective approach for industrial GABA production.
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