Directed Evolution of Glutamate Dehydrogenase for Oxaloacetate Amination and Biosynthesis of Aspartate-Derived Chemicals

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作者
Chenkai Cao,Mengzhen Nie,Yanqi Bi,Yuchen Wang,Kechun Zhang
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 1568-1576
标识
DOI:10.1021/acssynbio.5c00965
摘要

l-aspartate and its derivatives are essential not only for protein biosynthesis but also as key branch points for producing high-value chemicals. However, microbial synthesis of l-aspartate is often limited by low catalytic efficiency in the conversion of oxaloacetate to l-aspartate. Here, we engineered NADPH-dependent glutamate dehydrogenase (GDH) from Escherichia coli through structure-guided design coupled with high-throughput screening and obtained a variant that efficiently aminates oxaloacetate. The engineered enzyme shows strong substrate preference for oxaloacetate and achieves a kcat value 3.7-fold higher than that of aspartate aminotransferase (AspC). Introducing this variant into biosynthetic pathways for l-aspartate and β-alanine increased their yields by 3-fold and 2-fold, respectively. Moreover, overexpressing the variant in a threonine-producing strain improved threonine production to a final titer of 29.5 g/L in shake-flask cultivation. This work demonstrates that engineering NADPH-dependent GDH is a promising strategy for efficient biomanufacturing of aspartate-derived chemicals.
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