Synthetic protein scaffolds provide modular control over metabolic flux

异源的 代谢途径 合成生物学 模块化设计 代谢工程 焊剂(冶金) 生物化学 生物 代谢网络 细胞生物学 新陈代谢 化学 计算生物学 计算机科学 基因 有机化学 操作系统
作者
John E. Dueber,Gabriel C. Wu,G. Reza Malmirchegini,Tae Seok Moon,Christopher J. Petzold,Adeeti V Ullal,Kristala L. J. Prather,Jay D. Keasling
出处
期刊:Nature Biotechnology [Springer Nature]
卷期号:27 (8): 753-759 被引量:1178
标识
DOI:10.1038/nbt.1557
摘要

Engineered metabolic pathways constructed from enzymes heterologous to the production host often suffer from flux imbalances, as they typically lack the regulatory mechanisms characteristic of natural metabolism. In an attempt to increase the effective concentration of each component of a pathway of interest, we built synthetic protein scaffolds that spatially recruit metabolic enzymes in a designable manner. Scaffolds bearing interaction domains from metazoan signaling proteins specifically accrue pathway enzymes tagged with their cognate peptide ligands. The natural modularity of these domains enabled us to optimize the stoichiometry of three mevalonate biosynthetic enzymes recruited to a synthetic complex and thereby achieve 77-fold improvement in product titer with low enzyme expression and reduced metabolic load. One of the same scaffolds was used to triple the yield of glucaric acid, despite high titers (0.5 g/l) without the synthetic complex. These strategies should prove generalizeable to other metabolic pathways and programmable for fine-tuning pathway flux.
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