De novo production of versatile oxidized kaurene diterpenes in Escherichia coli

大肠杆菌 生物化学 代谢工程 异源表达 发酵 生物合成 异源的 生物 跨膜蛋白 酵母 蛋白质工程 化学 重组DNA 计算生物学 基因 受体
作者
Yuwei Sun,Zhuo Chen,Guangyi Wang,Huajun Lv,Yuxin Mao,Ke Ma,Yong Wang
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier]
卷期号:73: 201-213 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2022.08.001
摘要

The oxidized kaurene (Ox-Kau) compounds are the core structures of many important diterpenoids with biological activities and economical values. However, easy access to diverse Ox-Kau products is still limited by low natural abundance, and large-scale manufacture remain challenging due to lack of proper heterologous production. To achieve an abundant source alternative to natural extracts, we here report a highly effective Escherichia coli-based platform for the de novo production of multiple Ox-Kau molecules from simple carbon source. Pathway optimization in prokaryotic cells through modification of transmembrane CYP450 oxidases, cytochrome b5 co-expression and AlphaFold-based protein engineering improved a 50-fold yield of steviol (1.07 g L−1), a key intermediate in the kaurenoid biosynthesis. Combinatorial biosynthetic strategy further led to a series of oxidized derivatives (20–600 mg L−1) with rich oxygenated functional groups on C3, C7, C16 and C19 previously hard to be introduced. Our engineered strains not only laid a foundation for realizing the industrial fermentation of gram-scale ent-kaurene diterpenoids, but also provided a reliable platform for characterization and utilization of kaurene-modifying oxidases, which may generate naturally rare or unnatural ent-kaurenoids with potential bioactivity.
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