Enhancing E. coli isobutanol tolerance through engineering its global transcription factor cAMP receptor protein (CRP)

异丁醇 cAMP受体蛋白 大肠杆菌 转录因子 基因 生物化学 生物 代谢工程 化学 分子生物学 基因表达 发起人 乙醇
作者
Huiqing Chong,Hefang Geng,Hongfang Zhang,Hao Song,Lei Huang,Rongrong Jiang
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:111 (4): 700-708 被引量:56
标识
DOI:10.1002/bit.25134
摘要

ABSTRACT The limited isobutanol tolerance of Escherichia coli is a major drawback during fermentative isobutanol production. Different from classical strain engineering approaches, this work was initiated to improve E. coli isobutanol tolerance from its transcriptional level by engineering its global transcription factor cAMP receptor protein (CRP). Random mutagenesis libraries were generated by error‐prone PCR of crp , and the libraries were subjected to isobutanol stress for selection. Variant IB2 (S179P, H199R) was isolated and exhibited much better growth (0.18 h −1 ) than the control (0.05 h −1 ) in 1.2% ( v/v ) isobutanol (9.6 g/L). Genome‐wide DNA microarray analysis revealed that 58 and 308 genes in IB2 had differential expression (>2‐fold, p < 0.05) in the absence and presence of 1% ( v/v ) isobutanol, respectively. When challenged with isobutanol, genes related to acid resistance ( gadABCE , hdeABD ), nitrate reduction ( narUZYWV ), flagella and fimbrial activity ( lfhA , yehB , ycgR , fimCDF ), and sulfate reduction and transportation ( cysIJH , cysC , cysN ) were the major functional groups that were up‐regulated, whereas most of the down‐regulated genes were enzyme ( tnaA ) and transporters ( proVWX , manXYZ ). As demonstrated by single‐gene knockout experiments, gadX , nirB , rhaS , hdeB , and ybaS were found associated with strain isobutanol resistance. The intracellular reactive oxygen species (ROS) level in IB2 was only half of that of the control when facing stress, indicating that IB2 can withstand toxic isobutanol much better than the control. Biotechnol. Biotechnol. Bioeng. 2014;111: 700–708. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.
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