pH-modulated soluble expression of alcohol dehydrogenases in Escherichia coli using adaptive laboratory evolution

大肠杆菌 醇脱氢酶 化学 适应性进化 生物 计算生物学 生物化学 基因
作者
Suraj Mital,Graham Christie,Annette Alcasabas,Ryan Mellor,Duygu Dikicioǧlu
出处
期刊:Trends in Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:43 (11): 2904-2925 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.tibtech.2025.07.013
摘要

Industrial production of alcohol dehydrogenases (ADHs) is severely hampered by their propensity to form insoluble inclusion bodies during recombinant expression. This work achieves soluble expression of such historically aggregate-prone enzymes in Escherichia coli by addressing the fundamental physicochemical incompatibilities between recombinant proteins and their host environment. Elevating the expression medium to pH 9 and engineering E. coli to adapt to high- pH improved catalytically active soluble yields for industrially significant Rhodococcus ADH-A and ADH-G by 18.55-fold and 26.59-fold, respectively. The evolved E. coli overcame alkaline stress by optimizing energy-intensive metabolic pathways for cytoplasmic pH homeostasis rather than by modulating ribosomal machinery and translation. Seven key mutations acquired during adaptive evolution conferred strategic modifications to cell envelope stress responses, metabolism, and genomic regulation, collectively enhancing fitness. This robust framework proposed for matching the biochemical requirements of heterologous enzymes with host physiology offers a powerful solution for the high-yield production of challenging industrial biocatalysts.
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