Systems engineering Escherichia coli for efficient production p‐coumaric acid from glucose

代谢工程 大肠杆菌 生物化学 代谢物 生物过程 食品科学 对香豆酸 抗氧化剂 化学 突变体 酶 生物 阿魏酸 基因 古生物学
作者
Qiu Chong,Xiaoge Wang,Jiaojiao Zuo,Runyang Li,Cong Gao,Xiulai Chen,Jia Liu,Wanqing Wei,Jing Wu,Guipeng Hu,Wei Song,Nan Xu,Li Liu
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:121 (7): 2147-2162 被引量:19
标识
DOI:10.1002/bit.28721
摘要

Abstract P‐coumaric acid (p‐CA), a pant metabolite with antioxidant and anti‐inflammatory activity, is extensively utilized in biomedicine, food, and cosmetics industry. In this study, a synthetic pathway (PAL) for p‐CA was designed, integrating three enzymes (AtPAL2, AtC4H, AtATR2) into a higher l‐phenylalanine‐producing strain Escherichia coli PHE05. However, the lower soluble expression and activity of AtC4H in the PAL pathway was a bottleneck for increasing p‐CA titers. To overcome this limitation, the soluble expression of AtC4H was enhanced through N‐terminal modifications. And an optimal mutant, AtC4HL373T/G211H, which exhibited a 4.3‐fold higher kcat/Km value compared to the wild type, was developed. In addition, metabolic engineering strategies were employed to increase the intracellular NADPH pool. Overexpression of ppnk in engineered E. coli PHCA20 led to a 13.9‐folds, 1.3‐folds, and 29.1% in NADPH content, the NADPH/NADP+ ratio and p‐CA titer, respectively. These optimizations significantly enhance p‐CA production, in a 5‐L fermenter using fed‐batch fermentation, the p‐CA titer, yield and productivity of engineered strain E. coli PHCA20 were 3.09 g/L, 20.01 mg/g glucose, and 49.05 mg/L/h, respectively. The results presented here provide a novel way to efficiently produce the plant metabolites using an industrial strain.
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