One-pot selective biosynthesis of Tyrian purple in Escherichia coli

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作者
Feifei Li,Que Chen,Huaxiang Deng,Shumei Ye,Ruidong Chen,Jay D. Keasling,Xiaozhou Luo
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier]
卷期号:81: 100-109
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2023.11.003
摘要

Tyrian purple (6,6′-Dibromoindigo) is an ancient precious dye, which possesses remarkable properties as a biocompatible semiconductor material. Recently, biosynthesis has emerged as an alternative for the sustainable production of Tyrian purple from a natural substrate. However, the selectivity issue in enzymatic tryptophan (Trp) and bromotryptophan (6-Br-Trp) degradation was an obstacle for obtaining high-purity Tyrian purple in a single cell biosynthesis. In this study, we present a simplified one-pot process for the production of Tyrian purple from Trp in Escherichia coli (E. coli) using Trp 6-halogenase from Streptomyces toxytricini (SttH), tryptophanase from E. coli (TnaA) and a two-component indole oxygenase from Providencia Rettgeri GS-2 (GS-C and GS-D). To enhance the in vivo solubility and activity of SttH and flavin reductase (Fre) fusion enzyme (Fre-L3-SttH), a chaperone system of GroEL/GroES (pGro7) was introduced in addition to the implementation of a set of optimization strategies, including fine-tuning the expression vector, medium, concentration of bromide salt and inducer. To overcome the selectivity issue and achieve a higher conversion yield of Tyrian purple with minimal indigo formation, we applied the λpL/pR-cI857 thermoinducible system to temporally control the bifunctional fusion enzyme of TnaA and monooxygenase GS-C (TnaA-L3-GS-C). Through optimization of the fermentation process, we were able to achieve a Tyrian purple titer of 44.5 mg L−1 with minimal indigo byproduct from 500 μM Trp. To the best of our knowledge, this is the first report of the selective production of Tyrian purple in E. coli via a one-pot process.
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