Metabolic engineering of a xylose-isomerase-expressing strain for rapid anaerobic xylose fermentation

木糖异构酶 木糖 生物化学 异构酶 木糖代谢 木糖醇 转酮酶 转醛醇酶 生物 发酵 代谢工程 磷酸戊糖途径 糖酵解
作者
Marko Kuyper,M. Hartog,Maurice J. Toirkens,Marinka J.H. Almering,Aaron A. Winkler,J VANDIJKEN,Jack T. Pronk
出处
期刊:Fems Yeast Research [Oxford University Press]
卷期号:5 (4-5): 399-409 被引量:406
标识
DOI:10.1016/j.femsyr.2004.09.010
摘要

After an extensive selection procedure, Saccharomyces cerevisiae strains that express the xylose isomerase gene from the fungus Piromyces sp. E2 can grow anaerobically on xylose with a mu(max) of 0.03 h(-1). In order to investigate whether reactions downstream of the isomerase control the rate of xylose consumption, we overexpressed structural genes for all enzymes involved in the conversion of xylulose to glycolytic intermediates, in a xylose-isomerase-expressing S. cerevisiae strain. The overexpressed enzymes were xylulokinase (EC 2.7.1.17), ribulose 5-phosphate isomerase (EC 5.3.1.6), ribulose 5-phosphate epimerase (EC 5.3.1.1), transketolase (EC 2.2.1.1) and transaldolase (EC 2.2.1.2). In addition, the GRE3 gene encoding aldose reductase was deleted to further minimise xylitol production. Surprisingly the resulting strain grew anaerobically on xylose in synthetic media with a mu(max) as high as 0.09 h(-1) without any non-defined mutagenesis or selection. During growth on xylose, xylulose formation was absent and xylitol production was negligible. The specific xylose consumption rate in anaerobic xylose cultures was 1.1 g xylose (g biomass)(-1) h(-1). Mixtures of glucose and xylose were sequentially but completely consumed by anaerobic batch cultures, with glucose as the preferred substrate.

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