Metabolic engineering of the l-serine biosynthetic pathway improves glutathione production in Saccharomyces cerevisiae

谷胱甘肽 生物合成 生物化学 酿酒酵母 代谢工程 丝氨酸 半胱氨酸 发酵 酵母 甘氨酸 化学 生物 氨基酸 基因
作者
Jyumpei Kobayashi,Daisuke Sasaki,Kiyotaka Y. Hara,Tomohisa Hasunuma,Akihiko Kondo
出处
期刊:Microbial Cell Factories [Springer Nature]
卷期号:21 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1186/s12934-022-01880-8
摘要

Glutathione is a valuable tri-peptide that is industrially produced by fermentation using the yeast Saccharomyces cerevisiae, and is widely used in the pharmaceutical, food, and cosmetic industries. It has been reported that addition of L-serine (L-Ser) is effective at increasing the intracellular glutathione content because L-Ser is the common precursor of L-cysteine (L-Cys) and glycine (Gly) which are substrates for glutathione biosynthesis. Therefore, we tried to enhance the L-Ser biosynthetic pathway in S. cerevisiae for improved glutathione production.The volumetric glutathione production of recombinant strains individually overexpressing SER2, SER1, SER3, and SER33 involved in L-Ser biosynthesis at 48 h cultivation was increased 1.3, 1.4, 1.9, and 1.9-fold, respectively, compared with that of the host GCI strain, which overexpresses genes involved in glutathione biosynthesis. We further examined simultaneous overexpression of SHM2 and/or CYS4 genes involved in Gly and L-Cys biosynthesis, respectively, using recombinant GCI strain overexpressing SER3 and SER33 as hosts. As a result, GCI overexpressing SER3, SHM2, and CYS4 showed the highest volumetric glutathione production (64.0 ± 4.9 mg/L) at 48 h cultivation, and this value is about 2.5-fold higher than that of the control strain.This study first revealed that engineering of L-Ser and Gly biosynthetic pathway are useful strategies for fermentative glutathione production by S. cerevisiase.

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