A Tri‐Enzyme Cascade for Efficient Production of L‐2‐Aminobutyrate from L‐Threonine

大肠杆菌 质粒 生物化学 转化(遗传学) 突变体 体内 化学 代谢工程 蛋白质工程 苏氨酸 生物合成 蛋白质生物合成 生物 生物技术 丝氨酸 基因
作者
Xin Li,Changzheng Gao,Wanqing Wei,Wei Song,Weiwei Meng,Jia Liu,Xiulai Chen,Cong Gao,Liang Guo,Li Liu,Jing Wu
出处
期刊:ChemBioChem [Wiley]
卷期号:24 (15): e202300148-e202300148 被引量:6
标识
DOI:10.1002/cbic.202300148
摘要

Abstract L‐2‐aminobutyrate (L‐ABA) is an important chiral drug intermediate with a key role in modern medicinal chemistry. Here, we describe the development of an efficient method for the asymmetric synthesis of L‐ABA in a tri‐enzymatic cascade in Escherichia coli BL21 (DE3) using a cost‐effective L‐Thr. Low activity of leucine dehydrogenase from Bacillus thuringiensis ( Bt LDH) and unbalanced expression of enzymes in the cascade were major challenges. Mechanism‐based protein engineering generated the optimal triple variant Bt LDH M3 (A262S/V296C/P150M) with 20.7‐fold increased specific activity and 9.6‐fold increased k cat / K m compared with the wild type. Optimizing plasmids with different copy numbers regulated enzymatic expression, thereby increasing the activity ratio (0.3 : 1:0.6) of these enzymes in vivo close to the optimal ratio (0.4 : 1 : 1) in vitro . Importing the optimal triple mutant Bt LDH M3 into our constructed pathway in vivo and optimization of transformation conditions achieved one‐pot conversion of L‐Thr to 130.2 g/L L‐ABA, with 95 % conversion, 99 % e.e . and 10.9 g L −1 h −1 productivity (the highest to date) in 12 h on a 500 mL scale. These results describe a potential biosynthesis approach for the industrial production of L‐ABA.
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