Rerouting Fluxes of the Central Carbon Metabolism and Relieving Mechanism-Based Inactivation of l-Aspartate-α-decarboxylase for Fermentative Production of β-Alanine in Escherichia coli

丙氨酸 代谢工程 生物过程 发酵 大肠杆菌 生物化学 化学 拉伤 生物 氨基酸 古生物学 基因 解剖
作者
Bo Li,Bo Zhang,Pei Wang,Xue Cai,Yuanyuan Chen,Yufeng Yang,Zhi‐Qiang Liu,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:11 (5): 1908-1918 被引量:42
标识
DOI:10.1021/acssynbio.2c00055
摘要

β-Alanine, with the amino group at the β-position, is an important platform chemical that has been widely applied in pharmaceuticals and feed and food additives. However, the current modest titer and productivity, increased fermentation cost, and complicated operation are the challenges for producing β-alanine by microbial fermentation. In this study, a high-yield β-alanine-producing strain was constructed by combining metabolic engineering, protein engineering, and fed-batch bioprocess optimization strategies. First, an aspartate-α-decarboxylase from Bacillus subtilis was introduced in Escherichia coli W3110 to construct an initial β-alanine-producing strain. Production of β-alanine was obviously increased to 4.36 g/L via improving the metabolic flux and reducing carbon loss by rerouting fluxes of the central carbon metabolism. To further increase β-alanine production, mechanism-based inactivation of aspartate-α-decarboxylase was relieved by rational design to maintain the productivity at a high level in β-alanine fed-batch fermentation. Finally, fed-batch bioprocess optimization strategies were used to improve β-alanine production to 85.18 g/L with 0.24 g/g glucose yield and 1.05 g/L/h productivity in fed-batch fermentation. These strategies can be effectively used in the construction of engineered strains for β-alanine and production of its derivatives, and the final engineered strain was a valuable microbial cell factory that can be used for the industrial production of β-alanine.
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