Engineering Escherichia coli native metabolism for efficient biosynthesis of orotate

代谢工程 生物化学 新陈代谢 辅因子 化学 次生代谢 糖酵解 代谢途径 生物合成 大肠杆菌 代谢通量分析 基因
作者
Xianglai Li,Nan Li,Mengyuan Zhao,Zhao Zhou,Wenna Li,Xiaolin Shen,Wentao Jia,Yajun Yan,Xinxiao Sun,Qipeng Yuan
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:120 (2): 503-510 被引量:2
标识
DOI:10.1002/bit.28277
摘要

Orotate (OA) is a precursor of pyrimidine nucleotides and is widely used in food, pharmaceutical, and cosmetic industries. Although various microorganisms have been used for OA production, the production efficiency needs to be further improved for industrial application. In this study, we engineered Escherichia coli native metabolism for efficient OA production. The entire pathway was divided into the downstream OA synthesis, the midstream aspartate/glutamine supply, and the upstream glycolysis modules. First, the downstream module was optimized by disrupting pyrE to block OA consumption and release the feedback inhibition, and tuning expression of the biosynthetic genes. Second, the midstream pathway was enhanced by increasing the supply of the precursors and the cofactor nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH). More importantly, we observed that pyrE disruption may lead to metabolic disorder as indicated by the accumulation of large amount of acetate. This problem was solved by reducing the flux of glycolysis. With these efforts, the final strain produced 80.3 g/L OA with a yield of 0.56 g/g glucose in fed-batch fermentation, which are the highest titer and yield reported so far. This work paves the way for industrial production of OA and represents as a good example of modulating cell metabolism for efficient chemical production.
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