Metabolic Engineering of Escherichia coli for High-Yield Production of (R)-1,3-Butanediol

代谢工程 2,3-丁二醇 大肠杆菌 发酵 代谢途径 化学 产量(工程) 生物转化 生物催化 辅因子 合成生物学 生物技术 生物化学 生物 计算生物学 材料科学 催化作用 反应机理 冶金 基因
作者
Yu Liu,Xuecong Cen,Dehua Liu,Zhen Chen
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:10 (8): 1946-1955 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acssynbio.1c00144
摘要

1,3-Butanediol (1,3-BDO) is an important C4 platform chemical widely used as a solvent in cosmetics and a key intermediate for the synthesis of fragrances, pheromones, and pharmaceuticals. The development of sustainable bioprocesses to produce enantiopure 1,3-BDO from renewable bioresources by fermentation is a promising alternative to conventional chemical routes and has aroused great interest in recent years. Although two metabolic pathways have been previously established for the biosynthesis of (R)-1,3-PDO, the reported titer and yield are too low for cost-competitive production. In this study, we report the combination of different metabolic engineering strategies to improve the production of (R)-1,3-BDO by Escherichia coli, including (1) screening of key pathway enzymes; (2) increasing NADPH supply by cofactor engineering; (3) optimization of fermentation conditions to divert more flux into 1,3-BDO pathway; (4) reduction of byproducts formation by pathway engineering. With these efforts, the best engineered E. coli strain can efficiently produce (R)-1,3-BDO with a yield of 0.6 mol/mol glucose, corresponding to 60% of the theoretical yield. Besides, we also showed the feasibility of aerobically producing 1,3-BDO via a new pathway using 3-hydroxybutyrate as an intermediate.
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