Systematic Metabolic Engineering and Model‐Guided Optimization for High‐Level Production of L‐Theanine from Xylose in Escherichia coli

木糖 代谢工程 发酵 生物量(生态学) 生化工程 产量(工程) 木糖代谢 通量平衡分析 原材料 木质纤维素生物量 代谢途径 化学 制浆造纸工业 生物技术 生物化学 生物燃料 辅因子 食品科学 半纤维素 焊剂(冶金) 生产(经济) 生物反应器 生物催化
作者
Haolin Han,Boyuan Xue,Guangqi Shan,Meng Meng,Shaojie Wang,Haijia Su
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (17): e21440-e21440 被引量:3
标识
DOI:10.1002/advs.202521440
摘要

Lignocellulosic biomass represents a promising sustainable feedstock for biomanufacturing, yet the efficient conversion of its dominant pentose, D-xylose, into high-value α-ketoglutarate derivatives like L-theanine remains challenging due to the inherent carbon loss and low yield of conventional metabolic pathways. To overcome this limitation, a novel microbial platform was developed by reconstituting the carbon-conserving Weimberg pathway in E. coli, enabling the direct and de novo biosynthesis of L-theanine from xylose in just 7 enzymatic steps. Through comprehensive metabolic engineering, including the blocking of competitive pathways, enhancing the precursor supply, and fine-tuning cofactor balance, the overproducing strain TH 4-4 achieved a titer of 9.94 g/L and a yield of 0.33 g/g. Furthermore, flux balance analysis of enzyme-constrained metabolic network model was used to quantitatively assess metabolic trade-offs, and a two-stage microaerobic-aerobic cultivation strategy was implemented, resulting in the highest titer of 14.31 g/L and a yield of 0.48 g/g, representing a 2811.4-fold increase compared to the original strain. Finally, a fed-batch fermentation of the engineered strain achieved a titer of 95.42 g/L, a yield of 0.55 g/g xylose, and a productivity of 1.33 g/L/h. This work pioneers the high-level production of L-theanine from xylose and provides a transformative framework for the sustainable valorization of lignocellulosic sugars into valuable TCA cycle derivatives.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
yyy的应助被科研通管家采纳,获得15
刚刚
香蕉觅云的应助被科研通管家采纳,获得10
刚刚
所所的应助被科研通管家采纳,获得10
刚刚
专注的思远完成签到 ,获得积分10
刚刚
FashionBoy的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
酷波er的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
Orange的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
成就寒珊的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
Firsterchao发布了新的文献求助10
1秒前
CipherSage的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
1秒前
ooo的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
顾矜的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
大模型的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
传奇3的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
酷波er的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
小蘑菇的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
Lucas的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
2秒前
qiu发布了新的文献求助10
3秒前
dyk发布了新的文献求助10
3秒前
瘦瘦发布了新的文献求助10
3秒前
太叔开山发布了新的文献求助10
3秒前
田様的应助被哄哄采纳,获得10
3秒前
ww发布了新的文献求助10
4秒前
LIU完成签到,获得积分10
4秒前
科研通AI6.4的应助被木木采纳,获得30
5秒前
5秒前
ding的应助被马铣飞采纳,获得10
6秒前
陶醉发箍完成签到 ,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
学不懂数学完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
酷波er的应助被科研大师采纳,获得10
8秒前
8秒前
LIU发布了新的文献求助10
8秒前
Fliu完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
SciGPT的应助被qiu采纳,获得10
9秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
From Scaling and Perturbation to Stability 5000
Les Mantodea De Guyane 2000
Energie-Contracting 1500
Stochastic Models in Operations Research,Vol. 2 600
Problems and Solutions for Integer and Combinatorial Optimization: Building Skills in Discrete Optimization 600
Organizational Behavior 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8030345
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9469651
关于积分的说明 21239296
捐赠科研通 7600184
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3388478
关于科研通互助平台的介绍 2520788
邀请新用户注册赠送积分活动 2425271