Fermentative Production of Ergothioneine by Exploring Novel Biosynthetic Pathway and Remodulating Precursor Synthesis Pathways

麦角新碱 生物合成 代谢途径 化学 生物化学 从头合成 代谢工程 发酵 生物 计算生物学 新陈代谢 基因 抗氧化剂
作者
Huifang Zhang,Yufei Zhang,Mei Zhao,Hossain M. Zabed,Xianghui Qi
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (25): 14264-14273 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c03348
摘要

Ergothioneine (EGT) is a naturally occurring derivative of histidine with diverse applications in the medicine, cosmetic, and food industries. Nevertheless, its sustainable biosynthesis faces hurdles due to the limited biosynthetic pathways, complex metabolic network of precursors, and high cost associated with fermentation. Herein, efforts were made to address these limitations first by reconstructing a novel EGT biosynthetic pathway from Methylobacterium aquaticum in Escherichia coli and optimizing it through plasmid copy number. Subsequently, the supply of precursor amino acids was promoted by engineering the global regulator, recruiting mutant resistant to feedback inhibition, and blocking competitive pathways. These metabolic modifications resulted in a significant improvement in EGT production, increasing from 35 to 130 mg/L, representing a remarkable increase of 271.4%. Furthermore, an economical medium was developed by replacing yeast extract with corn steep liquor, a byproduct of wet milling of corn. Finally, the production of EGT reached 595 mg/L with a productivity of 8.2 mg/L/h by exploiting fed-batch fermentation in a 10 L bioreactor. This study paves the way for exploring and modulating a de novo biosynthetic pathway for efficient and low-cost fermentative production of EGT.
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