Combining Cell-Free Expression and Multifactor Optimization for Enhanced Biosynthesis of Cinnamyl Alcohol

生物合成 肉桂醇 化学 生物化学 产量(工程) Plackett–伯曼设计 代谢工程 还原酶 生物催化 发酵 催化作用 材料科学 反应机理 选择性 冶金
作者
Ren Zhang,Wan‐Qiu Liu,Shengjie Ling,Jian Li
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (22): 8551-8557 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c02340
摘要

Cell-free expression systems have emerged as a potent and promising platform for the biosynthesis of chemicals by reconstituting in vitro expressed enzymes. Here, we report cell-free biosynthesis of cinnamyl alcohol (cinOH) with enhanced productivity by using the Plackett-Burman experimental design for multifactor optimization. Initially, four enzymes were individually expressed in vitro and directly mixed to reconstitute a biosynthetic route for the synthesis of cinOH. Then, the Plackett-Burman experimental design was used to screen multiple reaction factors and found three crucial parameters (i.e., reaction temperature, reaction volume, and carboxylic acid reductase) for the cinOH production. With the optimum reaction conditions, approximately 300 μM of cinOH was synthesized after 10 h of cell-free biosynthesis. Extending the production time to 24 h also increased the production to a maximum yield of 807 μM, which is nearly 10 times higher than the initial yield without optimization. This study demonstrates that cell-free biosynthesis can be combined with other powerful optimization methodologies such as the Plackett-Burman experimental design for enhanced production of valuable chemicals.
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