Biosensor-assisted evolution for high-level production of 4-hydroxyphenylacetic acid in Escherichia coli

突变 大肠杆菌 代谢工程 突变体 化学 基因 计算生物学 生物化学 拉伤 基因组 生物传感器 生物 合成生物学 解剖
作者
Yuping Shen,Yuyang Pan,Fu-Xing Niu,Yuling Liao,Mingtao Huang,Jian-Zhong Liu
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:70: 1-11 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2021.12.008
摘要

4-Hydroxyphenylacetic acid (4HPAA) is an important building block for synthesizing drugs, agrochemicals, and biochemicals, and requires sustainable production to meet increasing demand. Here, we use a 4HPAA biosensor to overcome the difficulty of conventional library screening in identification of preferred mutants. Strains with higher 4HPAA production and tolerance are successfully obtained by atmospheric and room temperature plasma (ARTP) mutagenesis coupled with adaptive laboratory evolution using this biosensor. Genome shuffling integrates preferred properties in the strain GS-2-4, which produces 25.42 g/L 4HPAA. Chromosomal mutations of the strain GS-2-4 are identified by whole genome sequencing. Through comprehensive analysis and experimental validation, important genes, pathways and regulations are revealed. The best gene combination in inverse engineering, acrD-aroG, increases 4HPAA production of strain GS-2-4 by 37% further. These results emphasize precursor supply and stress resistance are keys to efficient 4HPAA biosynthesis. Our work shows the power of biosensor-assisted screening of mutants from libraries. The methods developed here can be easily adapted to construct cell factories for the production of other aromatic chemicals. Our work also provides many valuable target genes to build cell factories for efficient 4HPAA production in the future.

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