Enhanced Biosynthesis of Lacto-N-Fucopentaose I in Escherichia coli through Spatial Organization of Enzyme Complexes and Modular Pathway Engineering

化学 生物化学 生物合成 代谢工程 糖基转移酶 拉伤 实验室烧瓶 模块化设计 代谢途径 蛋白质工程 质粒 甲基转移酶 克隆(编程) 肽合成 生产力 序列(生物学) 立体化学
作者
Jin Wang,Caiwen Lao,Jianmin Wu,Lixia Yuan,Weijian Jin,Xiangsong Chen,Jianming Yao
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (8): 6981-6990
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.5c15669
摘要

Lacto-N-fucopentaose I (LNFP I; Fucα1-2Galβ1-3GlcNAcβ1-3Galβ1-4Glc), the second most abundant fucosylated human milk oligosaccharide, accounts for approximately 8% of total HMOs and exhibits significant nutritional and biofunctional properties. Here, we constructed a de novo biosynthetic pathway for LNFP I in Escherichia coli using a three-plasmid system. Screening identified an α-1,2-fucosyltransferase from Sulfuriflexus mobilis that catalyzed LNFP I formation without detectable byproducts. The pathway was partitioned into three modular units, and optimal expression was achieved by screening plasmid combinations with different copy numbers. Implementation of the RIDD-RIAD self-assembling peptide system, involving peptide fusions at the N- and C-termini of the glycosyltransferases WbdO and Smob, yielded the high-performing strain zLNP22. After shake-flask optimization and scale-up to a 5 L bioreactor, this strain produced 2.37 g/L LNFP I in flasks and 11.6 g/L in fed-batch fermentation, achieving a productivity rate of 0.34 g/L/h and an LNT-to-LNFP I conversion efficiency of 86.70%.
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