Optogenetic control of Cdc48 for dynamic metabolic engineering in yeast

代谢工程 代谢途径 代谢网络 酵母 细胞周期 光遗传学 蛋白质组 合成生物学 生物化学 蛋白质组学 生物 细胞生物学 甲戊酸途径 新陈代谢 化学 生物合成 细胞 计算生物学 神经科学 基因
作者
Filipp Bezold,J. J. C. Scheffer,Philipp Wendering,Zahra Razaghi‐Moghadam,Jonathan Trauth,Bastian Pook,Hagen Nußhär,Sophia Hasenjäger,Zoran Nikoloski,Lars‐Oliver Essen,Christof Taxis
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:79: 97-107 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2023.06.013
摘要

Dynamic metabolic engineering is a strategy to switch key metabolic pathways in microbial cell factories from biomass generation to accumulation of target products. Here, we demonstrate that optogenetic intervention in the cell cycle of budding yeast can be used to increase production of valuable chemicals, such as the terpenoid β-carotene or the nucleoside analog cordycepin. We achieved optogenetic cell-cycle arrest in the G2/M phase by controlling activity of the ubiquitin-proteasome system hub Cdc48. To analyze the metabolic capacities in the cell cycle arrested yeast strain, we studied their proteomes by timsTOF mass spectrometry. This revealed widespread, but highly distinct abundance changes of metabolic key enzymes. Integration of the proteomics data in protein-constrained metabolic models demonstrated modulation of fluxes directly associated with terpenoid production as well as metabolic subsystems involved in protein biosynthesis, cell wall synthesis, and cofactor biosynthesis. These results demonstrate that optogenetically triggered cell cycle intervention is an option to increase the yields of compounds synthesized in a cellular factory by reallocation of metabolic resources.
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