Artificial Biosynthetic Pathway for Efficient Synthesis of Vanillin, a Feruloyl-CoA-Derived Natural Product from Eugenol

丁香酚 香兰素 天然产物 阿魏酸 化学 异丁醇 生物化学 生物合成 松柏醇 单甘醇 有机化学
作者
Xiaochong Zhu,Jieyuan Wu,Shizhong Li,La Xiang,Jian‐Ming Jin,Chaoning Liang,Shuang‐Yan Tang
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:72 (12): 6463-6470 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c08723
摘要

Eugenol, the main component of essential oil from the Syzygium aromaticum clove tree, has great potential as an alternative bioresource feedstock for biosynthesis purposes. Although eugenol degradation to ferulic acid was investigated, an efficient method for directly converting eugenol to targeted natural products has not been established. Herein we identified the inherent inhibitions by simply combining the previously reported ferulic acid biosynthetic pathway and vanillin biosynthetic pathway. To overcome this, we developed a novel biosynthetic pathway for converting eugenol into vanillin, by introducing cinnamoyl-CoA reductase (CCR), which catalyzes conversion of coniferyl aldehyde to feruloyl-CoA. This approach bypasses the need for two catalysts, namely coniferyl aldehyde dehydrogenase and feruloyl-CoA synthetase, thereby eliminating inhibition while simplifying the pathway. To further improve efficiency, we enhanced CCR catalytic efficiency via directed evolution and leveraged an artificialvanillin biosensor for high-throughput screening. Switching the cofactor preference of CCR from NADP + to NAD + significantly improved pathway efficiency. This newly designed pathway provides an alternative strategy for efficiently biosynthesizing feruloyl-CoA-derived natural products using eugenol.
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