Construction of a genome-engineered stable 5-aminolevulinic acid producing Corynebacterium glutamicum by increasing succinyl-CoA supply

谷氨酸棒杆菌 棒状杆菌 化学 基因组 生化工程 生物技术 细菌 生物化学 生物 工程类 遗传学 基因
作者
Yangyang Zheng,Ziyao Wang,Jianbo Li,Zhouxiao Geng,Tao Chen,Zhiwen Wang,Zhiwen Wang,Zhiwen Wang
出处
期刊:Synthetic and Systems Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:10 (3): 1070-1076 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.synbio.2025.05.013
摘要

5-Aminolevulinic acid (5-ALA), a versatile precursor for tetrapyrrole derivatives (such as heme, chlorophyll, and cobalamin), drives advancing microbial cell factories to meet growing biomedical and industrial demands. However, there remain two challenges that limit yield and scalability: the limitations of conventional plasmid-based gene expression systems and the lack of fine regulation of succinyl-CoA. In this study, to address these limitations, we integrated multiple copies of hemA C132A of the heterologous C4 pathway on the genome. For fine regulating the supply of succinyl-CoA, the genes related to the tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) oxidation branch pathway were combinatorially screened. The optimal combination of icd and lpd was confirmed by ribosome binding site (RBS) engineering, which was integrated on the genome with optimized expression intensity. Succinyl-CoA supply was further increased by genome integration and expression optimization of key CoA biosynthetic gene coaA, pantothenic acid synthesis-related gene panB-panC, and β-alanine synthesis-related gene panD. The optimized genomically stable chassis achieved a high 5-ALA production of 6.38 ± 0.16 g/L, which was 8.63-fold higher than the single hemA C132A copy strain A1 (0.74 ± 0.07 g/L). From these findings, a stable and high-yield 5-ALA synthetic strain was successfully constructed, providing a new strategy for production of biochemicals derived from succinyl-CoA in C. glutamicum.
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