Engineering yeast metabolism for the discovery and production of polyamines and polyamine analogues

多胺 精胺 生物化学 亚精胺 代谢工程 酵母 化学 酿酒酵母 生物
作者
Jiufu Qin,Anastasia Krivoruchko,Boyang Ji,Yu Chen,Mette Kristensen,Emre Özdemir,Jay D. Keasling,Michael K. Jensen,Jens Nielsen
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:4 (6): 498-509 被引量:44
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00631-z
摘要

Structurally complex and diverse polyamines and polyamine analogues are potential therapeutics and agrochemicals that can address grand societal challenges, for example, healthy ageing and sustainable food production. However, their structural complexity and low abundance in nature hampers either bulk chemical synthesis or extraction from natural resources. Here we reprogrammed the metabolism of baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae and recruited nature’s diverse reservoir of biochemical tools to enable a complete biosynthesis of multiple polyamines and polyamine analogues. Specifically, we adopted a systematic engineering strategy to enable gram-per-litre-scale titres of spermidine, a central metabolite in polyamine metabolism. To demonstrate the potential of our polyamine platform, various polyamine synthases and ATP-dependent amide-bond-forming systems were introduced for the biosynthesis of natural and unnatural polyamine analogues. The yeast platform serves as a resource to accelerate the discovery and production of polyamines and polyamine analogues, and thereby unlocks this chemical space for further pharmacological and insecticidal studies. Structurally complex polyamines and polyamine analogues show potential as therapeutics and agrochemicals, but their production remains hampered. Here a polyamine yeast cell factory is developed that enables the gram-per-litre-scale titres of spermidine and the complete biosynthesis of a broad set of these compounds.
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