Metabolic Engineering of Escherichia coli for the Improved Malonic Acid Production

代谢工程 大肠杆菌 生产(经济) 丙二酸 合成生物学 化学 生物化学 生物技术 生化工程 生物 计算生物学 工程类 经济 基因 宏观经济学
作者
Han Liu,Mengzhen Tian,Pingsha Dong,Yunying Zhao,Yu Deng
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 1277-1287 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acssynbio.5c00005
摘要

Malonic acid (MA) is a high-value chemical with diverse applications in the fields of food, agriculture, medicine, and chemical synthesis. Despite the successful biosynthesis of MA has been performed in Escherichia coli, Myceliophthora thermophila, and Saccharomyces cerevisiae, the resulting MA titers remain insufficient for industrial-scale production. In this study, three distinct metabolic pathways were designed and constructed to increase MA production in E. coli . Among these, the fumaric acid pathway comprising four key enzymes including the aspartase (AspA), the decarboxylase (PanD), the β-alanine-pyruvate transaminase (Pa0132), and the succinic aldehyde dehydrogenase (YneI) was identified as the most effective for MA production. Additionally, the supplementation of fumaric acid was found to significantly improve MA production. To further enhance the MA production, metabolic engineering strategies were employed, including the deletion of the ydfG gene, responsible for encoding the malonic semialdehyde reductase, and the ptsG gene, which encodes a glucose transporter. Finally, through the optimization of fermentation conditions and feeding strategies, the engineered strain achieved an MA titer of 1.4 g/L in shake flask and 17.8 g/L in fed-batch fermentation. This study provides new insights into the industrial-scale production of MA utilizing the metabolically engineered E. coli cells.
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