Microbial Synthesis of Human-Hormone Melatonin at Gram Scales

褪黑素 色氨酸 发酵 生物过程 大肠杆菌 效价 代谢工程 生物化学 色氨酸羟化酶 生物 化学 氨基酸 血清素 基因 内分泌学 抗体 古生物学 受体 免疫学 5-羟色胺能
作者
Hao Luo,Konstantin Schneider,Ulla Christensen,Lei Yang,Markus J. Herrgård,Bernhard Ø. Palsson
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:9 (6): 1240-1245 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acssynbio.0c00065
摘要

Melatonin is a commercially attractive tryptophan-derived hormone. Here we describe a bioprocess for the production of melatonin using Escherichia coli to high titers. The first engineered strain produced 0.13 g/L of melatonin from tryptophan under fed-batch fermentation conditions. A 4-fold improvement on melatonin titer was further achieved by (1) protein engineering of rate-limiting tryptophan hydroxylase to improve 5-hydroxytryptophan biosynthesis and (2) chromosomal integration of aromatic-amino-acid decarboxylase to limit byproduct formation and to minimize gene toxicity to the host cell. Fermentation optimization improved melatonin titer by an additional 2-fold. Deletion of yddG, a tryptophan exporter, exhibited an additive beneficial effect. The final engineered strain produced ∼2.0 g/L of melatonin with tryptophan supplemented externally and ∼1.0 g/L with glucose as the sole carbon source for tryptophan supply. This study lays the foundation for further developing a commercial melatonin-producing E. coli strain.
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