Dynamic upregulation of the rate-limiting enzyme for valerolactam biosynthesis in Corynebacterium glutamicum

谷氨酸棒杆菌 生物合成 下调和上调 生物化学 化学 限制 代谢工程 基因 机械工程 工程类
作者
Xixi Zhao,Yanling Wu,Tingye Feng,Junfeng Shen,Huan Lu,Yunfeng Zhang,Howard H. Chou,Xiaozhou Luo,Jay D. Keasling
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier]
卷期号:77: 89-99 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2023.02.005
摘要

Valerolactam is a monomer used to manufacture high-value nylon-5 and nylon-6,5. However, the biological production of valerolactam has been limited by the inadequate efficiency of enzymes to cyclize 5-aminovaleric acid to produce valerolactam. In this study, we engineered Corynebacterium glutamicum with a valerolactam biosynthetic pathway consisting of DavAB from Pseudomonas putida to convert L-lysine to 5-aminovaleric acid and β-alanine CoA transferase (Act) from Clostridium propionicum to produce valerolactam from 5-aminovaleric acid. Most of the L-lysine was converted into 5-aminovaleric acid, but promoter optimization and increasing the copy number of Act were insufficient to significantly improve the titer of valerolactam. To eliminate the bottleneck at Act, we designed a dynamic upregulation system (a positive feedback loop based on the valerolactam biosensor ChnR/Pb). We used laboratory evolution to engineer ChnR/Pb to have higher sensitivity and a higher dynamic output range, and the engineered ChnR-B1/Pb-E1 system was used to overexpress the rate-limiting enzymes (Act/ORF26/CaiC) that cyclize 5-aminovaleric acid into valerolactam. In glucose fed-batch culture, we obtained 12.33 g/L valerolactam from the dynamic upregulation of Act, 11.88 g/L using ORF26, and 12.15 g/L using CaiC. Our engineered biosensor (ChnR-B1/Pb-E1 system) was also sensitive to 0.01–100 mM caprolactam, which suggests that this dynamic upregulation system can be used to enhance caprolactam biosynthesis in the future.
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