Enhancement of l-Pipecolic Acid Production by Dynamic Control of Substrates and Multiple Copies of the pipA Gene in the Escherichia coli Genome

哌啶酸 赖氨酸 大肠杆菌 发酵 生物化学 基因 生物 重组DNA 化学 氨基酸
作者
Xin Xu,Zhiming Rao,Jian-Zhong Xu,Zhang Wei-guo
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:11 (2): 760-769 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acssynbio.1c00467
摘要

l-Pipecolic acid is an important rigid cyclic nonprotein amino acid, which is obtained through the conversion of l-lysine catalyzed by l-lysine cyclodeaminase (LCD). To directly produce l-pipecolic acid from glucose by microbial fermentation, in this study, a recombinant Escherichia coli strain with high efficiency of l-pipecolic acid production was constructed. This study involves the dynamic regulation of the substrate concentration and the expression level of the l-lysine cyclodeaminase-coding gene pipA. In terms of substrate concentration, we adopted the l-lysine riboswitch to dynamically regulate the expression of lysP and lysO genes. As a result, the l-pipecolic acid yield was increased about 1.8-fold as compared with the control. In addition, we used chemically inducible chromosomal evolution (CIChE) to realize the presence of multiple copies of the pipA gene on the genome. The resultant E. coli strain XQ-11-4 produced 61 ± 3.4 g/L l-pipecolic acid with a productivity of 1.02 ± 0.06 g/(L·h) and a glucose conversion efficiency (α) of 29.6% in fermentation. This is the first report that discovered multiple copies of pipA gene expression on the genome that improves the efficiency of l-pipecolic acid production in an l-lysine high-producing strain, and these results give us new insight for constructing the other valuable biochemicals derived from l-lysine.
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