Improved methylation in E. coli via an efficient methyl supply system driven by betaine

甜菜碱 甲基转移酶 甲基化 生物化学 生物合成 化学 蛋氨酸 同型半胱氨酸 氨基酸 DNA
作者
Qun Liu,Baixue Lin,Yong Tao
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier]
卷期号:72: 46-55 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2022.02.004
摘要

Methylation reactions are involved in the biosynthesis of various natural molecules, in which S-adenosyl-L-methionine (SAM) acts as the principal biological methyl donor. The limited availability of SAM often affects the biosynthesis of methylated metabolites in cells, especially when heterologous SAM-mediated methyltransferases are employed. To solve this problem, a methyl supply system driven by betaine was developed in this study to enhance SAM availability in cells. A reconstructed methionine cycle was designed in E. coli using betaine as the methyl source by introducing betaine-homocysteine methyltransferase. Ferulic acid served as a model product was used to test the efficiency of methyl supply system. ATP is a co-factor for SAM biosynthesis and a pathway for ATP regeneration from adenosine was introduced to maintain the stability of the adenylate pool. After testing two different S-adenosyl-L-homocysteine (SAH) hydrolysis pathways, the optimized SAHase pathway was adopted for converting SAH back to homocysteine (Hcy). Thus, a methyl supply system was developed which increased SAM availability and therefore improved the titer and productivity of ferulic acid by 12.6-fold and 15.9-fold, respectively. The system was also applied successfully for other methyltransferase-catalyzed reactions. This work provides an efficient methyl supply system for enhanced production of methylated chemicals using betaine as the methyl source.
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