De Novo Biosynthesis of Neoxanthin in Engineered Escherichia coli

新黄嘌呤 代谢工程 生物合成 生物化学 异源的 化学 代谢途径 辅因子 新陈代谢 生物催化 代谢中间体 生物 代谢物 基因 基因敲除
作者
Maosen Chen,Yukun Wang,Shen Yu,Wenkang Yu,Bingmei Wang,Wenjin He,Chentao Lin,Zhibin Zhao,Jerry Wang,Feng Qi
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acssynbio.5c00675
摘要

Neoxanthin is a valuable carotenoid with antioxidant, chemopreventive, anticancer, and nephroprotective properties, showing potential for pharmaceutical, food, and cosmetic applications. Despite its valuable applications, neoxanthin's industrial production is hindered by environmental concerns and very low extraction yields. In this study, de novo neoxanthin biosynthesis was engineered in E. coli. The key precursor β-carotene biosynthetic pathway was established and systematically optimized through modulation of multiple metabolic routes, including the endogenous MEP pathway and heterologous MVA and IU pathways. The enhanced IU pathway demonstrated significantly higher β-carotene biosynthetic efficiency compared to both the MVA and MEP pathways. Cofactor availability was enhanced by engineering central metabolism through overexpression of ATP/NADPH-generating genes and knockout of ATP/NADPH-consuming genes. Ultimately, a β-carotene-to-neoxanthin conversion pathway was successfully developed in engineered E. coli, achieving an enhanced neoxanthin production of 37.3 mg/L in a 5 L fermenter. This work provides an effective strategy for de novo microbial neoxanthin production.
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