Multivariate modular metabolic engineering and medium optimization for vitamin B12 production by Escherichia coli

维生素B12 代谢工程 大肠杆菌 模块化设计 生产(经济) 多元统计 化学 食品科学 生物技术 计算机科学 数学 生物化学 生物 统计 经济 宏观经济学 基因 操作系统
作者
F. Chen,Huan Fang,Jianghua Zhao,Pingtao Jiang,Huina Dong,Ying Zhao,Huiying Wang,Tongcun Zhang,Dawei Zhang
出处
期刊:Synthetic and Systems Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:9 (3): 453-461
标识
DOI:10.1016/j.synbio.2024.03.017
摘要

Vitamin B12 is a complex compound synthesized by microorganisms. The industrial production of vitamin B12 relies on specific microbial fermentation processes. E. coli has been utilized as a host for the de novo biosynthesis of vitamin B12, incorporating approximately 30 heterologous genes. However, a metabolic imbalance in the intricate pathway significantly limits vitamin B12 production. In this study, we employed multivariate modular metabolic engineering to enhance vitamin B12 production in E. coli by manipulating two modules comprising a total of 10 genes within the vitamin B12 biosynthetic pathway. These two modules were integrated into the chromosome of a chassis cell, regulated by T7, J23119, and J23106 promoters to achieve combinatorial pathway optimization. The highest vitamin B12 titer was attained by engineering the two modules controlled by J23119 and T7 promoters. The inclusion of yeast powder to the fermentation medium increased the vitamin B12 titer to 1.52 mg/L. This enhancement was attributed to the effect of yeast powder on elevating the oxygen transfer rate and augmenting the strain's isopropyl-β-d-1-thiogalactopyranoside (IPTG) tolerance. Ultimately, vitamin B12 titer of 2.89 mg/L was achieved through scaled-up fermentation in a 5-liter fermenter. The strategies reported herein will expedite the development of industry-scale vitamin B12 production utilizing E. coli.

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