Engineering Yeast for De Novo Synthesis of the Insect Repellent Nepetalactone

香叶醇 生物 生物化学 酿酒酵母 单萜 酵母 植物 精油
作者
Meghan Davies,Daniel Tsyplenkov,Vincent J. J. Martin
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:10 (11): 2896-2903 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acssynbio.1c00420
摘要

While nepetalactone, the active ingredient in catnip, is a potent insect repellent, its low in planta accumulation limits its commercial viability as an alternative repellent. Here we describe for the first time de novo nepetalactone synthesis in Saccharomyces cerevisiae, enabling sustainable and scalable production. Nepetalactone production required introducing eight exogenous genes including the cytochrome P450 geraniol-8-hydroxylase, the bottleneck of the heterologous pathway. Combinatorial assessment of geraniol-8-hydroxylase and cytochrome P450 reductase variants, and copy-number variations were used to overcome this bottleneck. We found that several reductases improved hydroxylation activity and increasing geraniol-8-hydroxylase gene copy number improved 8-hydroxygeraniol titers. The accumulation of an unwanted metabolite implied inefficient channeling of carbon through the pathway. With the native yeast old yellow enzymes previously shown to use monoterpene intermediates as substrates, both homologues were deleted. These deletions increased 8-hydroxygeraniol yield, resulting in 3.10 mg/L/OD600 of nepetalactone from simple sugar in microtiter plates. This optimized pathway will benefit the development of high yielding strains for the scale up production of nepetalactone.

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