Metabolic Engineering of Escherichia coli for High-Level Production of l-Phenylalanine

大肠杆菌 苯丙氨酸 食品科学 代谢工程 化学 生产(经济) 生物化学 生物技术 生物 氨基酸 基因 经济 宏观经济学
作者
Xiaoge Wang,Qiu Chong,Chenghu Chen,Cong Gao,Wanqing Wei,Wei Song,Jing Wu,Li Liu,Xiulai Chen
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (19): 11029-11040 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.4c01563
摘要

l-Phenylalanine (l-Phe) is widely used in the food and pharmaceutical industries. However, the biosynthesis of l-Phe using Escherichia coli remains challenging due to its lower tolerance to high concentration of l-Phe. In this study, to efficiently synthesize l-Phe, the l-Phe biosynthetic pathway was reconstructed by expressing the heterologous genes aroK1, aroL1, and pheA1, along with the native genes aroA, aroC, and tyrB in the shikimate-producing strain E. coli SA09, resulting in the engineered strain E. coli PHE03. Subsequently, adaptive evolution was conducted on E. coli PHE03 to enhance its tolerance to high concentrations of l-Phe, resulting in the strain E. coli PHE04, which reduced the cell mortality to 36.2% after 48 h of fermentation. To elucidate the potential mechanisms, transcriptional profiling was conducted, revealing MarA, a DNA-binding transcriptional dual regulator, as playing a crucial role in enhancing cell membrane integrity and fluidity for improving cell tolerance to high concentrations of l-Phe. Finally, the titer, yield, and productivity of l-Phe with E. coli PHE05 overexpressing marA were increased to 80.48 g/L, 0.27 g/g glucose, and 1.68 g/L/h in a 5-L fed-batch fermentation, respectively.
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