Metabolically Modifying the Central and Competitive Metabolic Pathways for Enhanced D-Pantoic Acid Synthesis

代谢途径 生物合成 生物化学 代谢工程 新陈代谢 大肠杆菌 产量(工程) 化学 生物 基因 冶金 材料科学
作者
Haiyan Zhou,Yihong Chen,Doudou Chen,Ziwen Wang,Liqun Jin,Zhi‐Qiang Liu,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c10512
摘要

D-Pantoic acid is an essential precursor for the synthesis of vitamin B5. However, the microbial synthesis of D-pantoic acid suffers from a low yield. Herein, to improve D-pantoic acid biosynthesis in Escherichia coli, the central metabolic and byproduct-forming pathways were first engineered, increasing the D-pantoic acid titer to 1.55 g/L from 0.75 g/L. Subsequently, the modification was focused on preventing the accumulation of α-ketoglutarate (α-KG). Six genes (ppc, mdh, icd, sucA, kgtP, and dcuA) related to α-KG metabolism and transport were screened by the CRISPRi system and further genetically manipulated. Ultimately, significantly improved D-pantoic acid biosynthesis (2.03 g/L in a shake flask and 14.78 g/L in a 5-L bioreactor) with dramatically reduced formation of byproducts was achieved. To our best knowledge, this is the first attempt to modify the key metabolic targets related to α-KG accumulation for enhanced D-pantoic acid biosynthesis. These findings would also offer valuable insights into the metabolic regulation of other related metabolites.
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