Multivariate Modular Metabolic Engineering for the Enhanced Biosynthesis of Cytidine in Bacillus subtilis

枯草芽孢杆菌 生物合成 胞苷 代谢工程 模块化设计 化学 生物化学 多元统计 代谢途径 生物 数学 计算机科学 统计 细菌 遗传学 操作系统
作者
Xiangjun Zhang,Pilian Niu,Lu Liu,Tong Ye,Wei Ding,Xiaobo Wei,Tengteng Zhu,Zongqian Li,Haitian Fang,Huiyan Liu
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (21): 12776-12786 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c01391
摘要

As a pyrimidine nucleoside, cytidine is widely used in the medicine and food fields. Therefore, it is important to construct a microbial cell factory for efficient and sustainable cytidine production. Here, we perform modular metabolic engineering modifications on Bacillus subtilis 168 to achieve efficient synthesis of cytidine. First, the cytidine titer reached 0.88 g/L by blocking cytidine degradation and enhancing the cytidine de novo synthesis pathway. Next, the central carbon metabolism was modulated by knocking down CcpA, but the cytidine titer decreased instead. Transcriptome analysis revealed that differential genes were mainly enriched in PTS, glycolysis, TCA cycle, PP pathway, pyrimidine metabolism, aspartate metabolism, and glutamate metabolism. Then, by enhancing the l-aspartate and glutamine synthesis pathways, the cytidine titer was increased to 3.83 g/L. By strengthening the PP pathway to increase PRPP synthesis, the cytidine titer was further increased to 7.03 g/L. Finally, the cytidine titer reached 31.41 g/L by fed-batch fermentation in a 5 L fermenter, which was 4.47-fold that of shake flask fermentation. Overall, the efficient production of cytidine was accomplished through modular metabolic engineering, opening new pathways for the production of cytidine and other nucleosides.
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