Biosynthesis of pyomelanin from methanol with engineered Komagataella phaffii and its characterizations

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作者
Xiangyu Zhu,Jiawen Lin,Shuli Liang,Chenyi Qiu,Yuchen Jiang,Hengrui Liu,Kun Yan Zhu,Qi Wang,Chenfeng Du,Yonghao Li,Yuanhui Mao,Huanbin Zheng,Chengan Liu,Yeyao Zhao,Meirong An,Ye Wu,Jun Liu,Xinying Zhang,Ying Lin
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-70512-1
摘要

Pyomelanin has been extensively applied in various fields. However, the yield of pyomelanin isolated from natural producers is low. Engineering microbial biosynthesis is considered a sustainable and economically feasible alternative. We utilize engineered Komagataella phaffii to increase the yield of homogentisic acid by 66-fold by balancing three different biosynthetic modules and further synthesizing pyomelanin by oxidative polymerization. During this process, we establish a pyomelanin color screening system and apply this system to perform directed evolution of 3-deoxy-D-arabinoheptulosonate 7-phosphate synthase and semirational design modification of hydroxyphenylpyruvate dioxygenase. We report the difference of pyomelanin between oxidative polymerization under alkaline conditions and that under laccase treatment. After high-density fermentation in a 5-L fermenter for 204 h, strain Pyo29 achieve the highest titer (70.5 ± 0.7 g/L). Finally, we demonstrate the potential application value of pyomelanin. This study provides a feasible solution for high-yield pyomelanin biosynthesis with substantial industrial production. Pyomelanin is resistant to UV light, and has antibacterial and anti-inflammatory effects, however, the yield of pyomelanin isolated from natural producers is low. Here the authors engineer Komagataella phaffii to produce 70.5 g/L and isolate the product.
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