Engineering acetylation platform for the total biosynthesis of D-amino acids

氨基酸 代谢工程 生物化学 生物合成 乙酰辅酶A 苯丙氨酸 大肠杆菌 氨基酸合成 乙酰化 化学 赖氨酸 基因
作者
Yanqi Bi,Jingyu Wang,Jialong Li,Hsiang-Hui Chou,Tianhua Ren,Jinlin Li,Kechun Zhang
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:80: 25-32 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2023.09.001
摘要

Optically pure D-amino acids are key chemicals with various applications. Although the production of specific D-amino acids has been achieved by chemical synthesis or with in vitro enzyme catalysts, it is challenging to convert a simple carbon source into D-amino acids with high efficiency. Here, we design an artificial metabolic pathway by engineering bacteria to heterologously express racemase and N-acetyltransferase to produce N-acetyl-D-amino acids from L-amino acids. This new platform allows the cytotoxicity of D-amino acids to be avoided. The universal potential of this acetylation protection strategy for effectively synthesizing optically pure D-amino acids is demonstrated by testing sixteen amino acid targets. Furthermore, we combine pathway optimization and metabolic engineering in Escherichia coli and achieve practically useful efficiency with four specific examples, including N-acetyl-D-valine, N-acetyl-D-serine, N-acetyl-D-phenylalanine and N-acetyl-D-phenylglycine, with titers reaching 5.65 g/L, 5.25 g/L, 8.025 g/L and 130 mg/L, respectively. This work opens up opportunities for synthesizing D-amino acids directly from simple carbon sources, avoiding costly and unsustainable conventional approaches.
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