Functional balance between enzymes in malonyl-CoA pathway for 3-hydroxypropionate biosynthesis

代谢工程 产量(工程) 生物合成 生物化学 大肠杆菌 代谢途径 限制 化学 重组DNA 生物 基因 机械工程 工程类 冶金 材料科学
作者
Changshui Liu,Yamei Ding,Rubing Zhang,Huizhou Liu,Mo Xian,Guang Zhao
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:34: 104-111 被引量:130
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2016.01.001
摘要

3-Hydroxypropionate (3HP) is an important platform chemical, and four 3HP biosynthetic routes were reported, in which the malonyl-CoA pathway has some expected advantages but presented the lowest 3HP yield. Here, we demonstrated that this low yield was caused by a serious functional imbalance between MCR-C and MCR-N proteins, responsible for the two-step reduction of malonyl-CoA to 3HP. Then we minimized the enzyme activity imbalance by directed evolution of rate-limiting enzyme MCR-C and fine tuning of MCR-N expression level. Combined with culture conditions optimization, our engineering approaches increased the 3HP titer 270-fold, from 0.15 g/L to 40.6 g/L, representing the highest 3HP production via malonyl-CoA pathway so far. This study not only significantly improved the 3HP productivity of recombinant Escherichia coli strain, but also proved the importance of metabolic balance in a multistep biosynthetic pathway, which should be always considered in any metabolic engineering study.
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