Overproduction of Cucurbitadienol through Modular Metabolic Engineering and Fermentation Optimization in Saccharomyces cerevisiae

酿酒酵母 生产过剩 代谢工程 发酵 生物反应器 合成生物学 化学 生物化学 工业发酵 代谢途径 酵母 限制 生物合成 角鲨烯 生物 工程类 计算生物学 有机化学 机械工程
作者
Xinran Yin,Yun-Liang Zhang,Wenqian Wei,Xingying Zhao,Sha Xu,Song Gao,Jingwen Zhou
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (1): 718-726 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c09684
摘要

Cucurbitadienol is a key intermediate in the biosynthesis of cucurbitane-type compounds and serves as a precursor for mogrosides, cucurbitacins, and other valuable natural products of potential biological and food importance. However, microbial fermentation for cucurbitadienol production remains inefficient, limiting its potential for further industrial application. This study achieved the efficient synthesis of cucurbitadienol through a multimodular strategy. First, an N-degron tag was used to direct metabolic flux toward cucurbitadienol synthesis without compromising cell growth. Second, enzyme engineering strategies were employed to improve the utilization efficiency of intermediate metabolites. Finally, to increase precursor availability, the transcription factor UPC2–1 was introduced, which upregulated the expression of ERGs in the pre-squalene pathway. After eliminating nitrogen supplementation and optimizing fermentation conditions, cucurbitadienol accumulation in the 5 L bioreactor increased to 6.1 g/L, representing the highest titer reported to date. These findings provide a solid foundation for the industrial-scale production of cucurbitadienol and its derivatives.
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