Design of a sorbitol-activated nitrogen metabolism-dependent regulatory system for redirection of carbon metabolism flow in Bacillus licheniformis

生物 地衣芽孢杆菌 代谢工程 新陈代谢 代谢途径 转录因子 调节器 丙酮 生物化学 代谢通量分析 合成生物学 细胞生物学 计算生物学 发酵 基因 枯草芽孢杆菌 细菌 遗传学
作者
Hehe He,Youran Li,Xufan Ma,Sha Xu,Liang Zhang,Zhongyang Ding,Guiyang Shi
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:51 (21): 11952-11966 被引量:6
标识
DOI:10.1093/nar/gkad859
摘要

Synthetic regulation of metabolic fluxes has emerged as a common strategy to improve the performance of microbial cell factories. The present regulatory toolboxes predominantly rely on the control and manipulation of carbon pathways. Nitrogen is an essential nutrient that plays a vital role in growth and metabolism. However, the availability of broadly applicable tools based on nitrogen pathways for metabolic regulation remains limited. In this work, we present a novel regulatory system that harnesses signals associated with nitrogen metabolism to redirect excess carbon flux in Bacillus licheniformis. By engineering the native transcription factor GlnR and incorporating a sorbitol-responsive element, we achieved a remarkable 99% inhibition of the expression of the green fluorescent protein reporter gene. Leveraging this system, we identified the optimal redirection point for the overflow carbon flux, resulting in a substantial 79.5% reduction in acetoin accumulation and a 2.6-fold increase in acetate production. This work highlight the significance of nitrogen metabolism in synthetic biology and its valuable contribution to metabolic engineering. Furthermore, our work paves the way for multidimensional metabolic regulation in future synthetic biology endeavors.
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