Directed Evolution of Ornithine Cyclodeaminase Using an EvolvR-Based Growth-Coupling Strategy for Efficient Biosynthesis of l ‑Proline

脯氨酸 鸟氨酸 生物合成 恶臭假单胞菌 生物化学 精氨酸 天冬酰胺 化学 氨基酸 生物
作者
Mengfei Long,Meijuan Xu,Zhina Qiao,Zhenfeng Ma,Tolbert Osire,Taowei Yang,Xian Zhang,Minglong Shao,Zhiming Rao
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:9 (7): 1855-1863 被引量:49
标识
DOI:10.1021/acssynbio.0c00198
摘要

Abstract l-Proline takes a significant role in the pharmaceutical and chemical industries as well as graziery. Typical biosynthesis of l-proline is from l-glutamate, involving three enzyme reactions as well as a spontaneous cyclization. Alternatively, l-proline can be also synthesized in l-ornithine and/or l-arginine producing strains by an ornithine aminotransferase (OCD). In this study, a strategy of directed evolution combining rare codon selection and pEvolvR was developed to screen OCD with high catalytic efficiency, improving l-proline production from l-arginine chassis cells. The mutations were generated by CRISPR-assisted DNA polymerases and were screened by growth-coupled rare codon selection system. OCDK205G/M86K/T162A from Pseudomonas putida was identified with 2.85-fold increase in catalytic efficiency for the synthesis of l-proline. Furthermore, we designed and optimized RBS for the BaargI and Ppocd coupling cascade using RedLibs, as well as sRNA inhibition of argF to moderate l-proline biosynthesis in l-arginine overproducing Corynebacterium crenatum. The strain PS6 with best performance reached 15.3 g/L l-proline in the shake flask and showed a titer of 38.4 g/L in a 5 L fermenter with relatively low concentration of residual l-ornithine and/or l-arginine.
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