Gram-scale fermentative production of ergothioneine driven by overproduction of cysteine in Escherichia coli

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作者
Naoyuki Tanaka,Yusuke Kawano,Yasuharu Satoh,Tohru Dairi,Iwao Ohtsu
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1): 1895-1895 被引量:81
标识
DOI:10.1038/s41598-018-38382-w
摘要

Ergothioneine (ERG), a unique thiol compound, is suggested to function as an antioxidant and cytoprotectant. Despite several recent attempts to produce ERG using various organisms, its yield was still very low and the costs remained high. Since the level of ERG produced depends strictly on the availability of three distinct precursor amino acids (L-cysteine (Cys), L-histidine, and L-methionine (Met)), metabolic engineering for enhancement of the flux toward ERG biosynthesis is required. Herein, we took advantage of a high-Cys production system using Escherichia coli cells, in which Cys biosynthesis and excretion were activated, and applied it to the fermentative production of ERG from glucose. The Cys overproduction in E. coli cells carrying the egtBCDE genes from Mycobacterium smegmatis was effective for ERG production. Furthermore, coexpression of the egtA gene, which encodes γ-glutamylcysteine synthetase that synthesizes the γ-glutamylcysteine used as a sulfur source of ERG biosynthesis, enhanced ERG production even though E. coli intrinsically has γ-glutamylcysteine synthetase. Additionally, disruption of the metJ gene that encodes the transcriptional repressor involved in Met metabolism was effective in further increasing the production of ERG. Finally, we succeeded in the high-level production of 1.31 g/L ERG in a fed-batch culture process using a jar fermenter.
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