Systematic development of a highly efficient cell factory for 5-aminolevulinic acid production

工厂(面向对象编程) 生产(经济) 生化工程 生物技术 化学 计算机科学 工程类 生物 程序设计语言 宏观经济学 经济
作者
Houming Zhou,Chengyu Zhang,Zilong Li,Menglei Xia,Zhenghong Li,Zhengduo Wang,Gao‐Yi Tan,Ying Luo,Lixin Zhang,Weishan Wang
出处
期刊:Trends in Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:42 (11): 1479-1502 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.tibtech.2024.06.004
摘要

The versatile applications of 5-aminolevulinic acid (5-ALA) across the fields of agriculture, livestock, and medicine necessitate a cost-efficient biomanufacturing process. In this study, we achieved the economic viability of biomanufacturing this compound through a systematic engineering framework. First, we obtained a 5-ALA synthase (ALAS) with superior performance by exploring its natural diversity with divergent evolution. Subsequently, using a genome-scale model, we identified and modified four key targets from distinct pathways in Escherichia coli, resulting in a final enhancement of 5-ALA titers up to 21.82 g/l in a 5-l bioreactor. Furthermore, recognizing that an imbalance of redox equivalents hindered further titer improvement, we developed a dynamic control system that effectively balances redox status and carbon flux. Ultimately, we collaboratively optimized the artificial redox homeostasis system at the transcription level with other cofactors at the feeding level, demonstrating the highest recorded performance to date with a titer of 63.39 g/l for the biomanufacturing of 5-ALA.
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