Overproduction of Geranylgeraniol by Metabolically Engineered Saccharomyces cerevisiae

香叶基香叶醇 生物化学 生物 酿酒酵母 甲戊酸 法尼基二磷酸合酶 融合基因 甲戊酸途径 辅酶A 还原酶 生物合成 基因 分子生物学
作者
Kenro Tokuhiro,Masayoshi Muramatsu,Chikara Ohto,Toshiya Kawaguchi,Shusei Obata,Nobuhiko Muramoto,Masana Hirai,Haruo Takahashi,Akihiko Kondo,Eiji Sakuradani,Sakayu Shimizu
出处
期刊:Applied and Environmental Microbiology [American Society for Microbiology]
卷期号:75 (17): 5536-5543 被引量:120
标识
DOI:10.1128/aem.00277-09
摘要

ABSTRACT ( E , E , E )-Geranylgeraniol (GGOH) is a valuable starting material for perfumes and pharmaceutical products. In the yeast Saccharomyces cerevisiae , GGOH is synthesized from the end products of the mevalonate pathway through the sequential reactions of farnesyl diphosphate synthetase (encoded by the ERG20 gene), geranylgeranyl diphosphate synthase (the BTS1 gene), and some endogenous phosphatases. We demonstrated that overexpression of the diacylglycerol diphosphate phosphatase ( DPP1 ) gene could promote GGOH production. We also found that overexpression of a BTS1 - DPP1 fusion gene was more efficient for producing GGOH than coexpression of these genes separately. Overexpression of the hydroxymethylglutaryl-coenzyme A reductase ( HMG1 ) gene, which encodes the major rate-limiting enzyme of the mevalonate pathway, resulted in overproduction of squalene (191.9 mg liter −1 ) rather than GGOH (0.2 mg liter −1 ) in test tube cultures. Coexpression of the BTS1 - DPP1 fusion gene along with the HMG1 gene partially redirected the metabolic flux from squalene to GGOH. Additional expression of a BTS1 - ERG20 fusion gene resulted in an almost complete shift of the flux to GGOH production (228.8 mg liter −1 GGOH and 6.5 mg liter −1 squalene). Finally, we constructed a diploid prototrophic strain coexpressing the HMG1 , BTS1 - DPP1 , and BTS1 - ERG20 genes from multicopy integration vectors. This strain attained 3.31 g liter −1 GGOH production in a 10-liter jar fermentor with gradual feeding of a mixed glucose and ethanol solution. The use of bifunctional fusion genes such as the BTS1 - DPP1 and ERG20 - BTS1 genes that code sequential enzymes in the metabolic pathway was an effective method for metabolic engineering.
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