Systems metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the efficient production of β-alanine

谷氨酸棒杆菌 代谢工程 丙氨酸 枯草芽孢杆菌 生物化学 发酵 生物 PEP群易位 氨基酸 化学 大肠杆菌 细菌 基因 遗传学
作者
Mohammad Rifqi Ghiffary,Cindy Pricilia Surya Prabowo,Joshua Julio Adidjaja,Sang Yup Lee,Hyun Uk Kim
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:74: 121-129 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2022.10.009
摘要

β-Alanine is an important β-amino acid with a growing demand in a wide range of applications in chemical and food industries. However, current industrial production of β-alanine relies on chemical synthesis, which usually involves harmful raw materials and harsh production conditions. Thus, there has been increasing demand for more sustainable, yet efficient production process of β-alanine. In this study, we constructed Corynebacterium glutamicum strains for the highly efficient production of β-alanine through systems metabolic engineering. First, aspartate 1-decarboxylases (ADCs) from seven different bacteria were screened, and the Bacillus subtilis ADC showing the most efficient β-alanine biosynthesis was used to construct a β-alanine-producing base strain. Next, genome-scale metabolic simulations were conducted to optimize multiple metabolic pathways in the base strain, including phosphotransferase system (PTS)-independent glucose uptake system and the biosynthesis of key precursors, including oxaloacetate and L-aspartate. TCA cycle was further engineered for the streamlined supply of key precursors. Finally, a putative β-alanine exporter was newly identified, and its overexpression further improved the β-alanine production. Fed-batch fermentation of the final engineered strain BAL10 (pBA2_tr18) produced 166.6 g/L of β-alanine with the yield and productivity of 0.28 g/g glucose and 1.74 g/L/h, respectively. To our knowledge, this production performance corresponds to the highest titer, yield and productivity reported to date for the microbial fermentation.
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