Enhancing Cephalosporin C Biosynthesis through a 2A Peptide-Based Multigene Coexpression System

代谢工程 转录组 计算生物学 生物 基因 生物合成 生物化学 合成生物学 头孢菌素 效价 生物技术 天然产物 工业微生物学 头孢菌素C 拉伤 基因表达 表型 钥匙(锁) 代谢途径 基因缺失 调节基因 工业生物技术 遗传学 生产(经济)
作者
Zhen Chen,Yifan Li,Xiaorong Wei,Wei Hong,Yuanxin Guo,Haifeng Hang,Ju Chu,Xiwei Tian
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:14 (11): 4547-4562
标识
DOI:10.1021/acssynbio.5c00543
摘要

Cephalosporin C (CPC) is a natural product that serves as the key precursor for various semisynthetic cephalosporins. Its industrial production primarily relies on Acremonium chrysogenum. However, as the exclusive microbial strain used for large-scale CPC fermentation, A. chrysogenum faces challenges in metabolic engineering owing to the absence of an efficient multigene coexpression system. This study presented, for the first time, the development and application of a 2A peptide-based multigene coexpression system in A. chrysogenum. The self-cleavage efficiencies of ten virus-derived 2A peptides were systematically evaluated, ranging from 66.5% to 88.2%, with P2A showing the best performance. The most efficient P2A peptide was then selected, enabling both high- and low-level precalibrated expression based on the transcriptome data and supporting the coexpression of three genes in A. chrysogenum, including the driver gene. This system was subsequently applied to coexpress the key CPC biosynthetic genes, cefEF and cefG, with the driver gene of ACRE_076110, resulting in a significant 3.19-fold increase in CPC titer compared to the wild-type strain. Furthermore, the strategy was successfully extended to an industrial high-yield strain, with CPC titer increasing from 6.09 g/L to 7.45 g/L, receiving a 22.2% improvement. Overall, this study provides a valuable tool for metabolic engineering efforts aimed at enhancing CPC production in A. chrysogenum.
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