Extending the shikimate pathway for microbial production of maleate from glycerol in engineered Escherichia coli

化学 大肠杆菌 代谢工程 甘油 生物化学 羟基化 生物合成 脱羧 发酵 有机化学 催化作用 基因
作者
Huakang Sheng,Yijie Jing,Ning An,Xiaolin Shen,Xinxiao Sun,Yajun Yan,Jia Wang,Qipeng Yuan
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:118 (5): 1840-1850 被引量:7
标识
DOI:10.1002/bit.27700
摘要

Maleate is one of the most important unsaturated four-carbon dicarboxylic acids. It serves as an attractive building block in cosmetic, polymer, and pharmaceutical industries. Currently, industrial production of maleate relies mainly on chemical synthesis using benzene or butane as the starting materials under high temperature, which suffers from strict reaction conditions and low product yield. Here, we propose a novel biosynthetic pathway for maleate production in engineered Escherichia coli. We screened a superior salicylate 5-hydroxylase that can catalyze hydroxylation of salicylate into gentisate with high conversion rate. Then, introduction of salicylate biosynthetic pathway and gentisate ring cleavage pathway allowed the synthesis of maleate from glycerol. Further optimizations including enhancement of precursors supply, disruption of competing pathways, and construction of a pyruvate recycling system, boosted maleate titer to 2.4 ± 0.1 g/L in shake flask experiments. Subsequent scale-up biosynthesis of maleate in a 3-L bioreactor under fed-batch culture conditions enabled the production of 14.5 g/L of maleate, indicating a 268-fold improvement compared with the titer generated by the wildtype E. coli strain carrying the entire maleate biosynthetic pathway. This study provided a promising microbial platform for industrial level synthesis of maleate, and demonstrated the highest titer of maleate production in microorganisms so far.
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