Enhancement of UDP-Arabinose Supply and Engineering of Glycosyltransferase DaUGT121 from Dipsacus asperoides for Cauloside A Biosynthesis in Escherichia coli

糖基转移酶 大肠杆菌 代谢工程 生物合成 生物化学 化学 尿苷二磷酸葡萄糖 尿苷 尿苷二磷酸 阿拉伯糖 异源的 合成生物学 转移酶 莽草酸途径 发酵 异源表达 蛋白质工程 生物 代谢途径 裂解酶 核糖核酸
作者
Tengfei Niu,Weilin Yao,Xuxuan Zhang,Yuan Ji,Li Yang,Zhengtao Wang,Mattheos Koffas,Rufeng Wang
出处
期刊:Engineering [Elsevier BV]
标识
DOI:10.1016/j.eng.2025.09.023
摘要

Cauloside A (hederagenin 3- O -α- L -arabinopyranoside) is a bioactive triterpenoid saponin with demonstrated anti-inflammatory, antimicrobial, cytotoxic, hemolytic, and molluscicidal properties. However, its structurally complex nature and limited natural availability make both large-scale chemical synthesis and extraction from medicinal plants particularly challenging. Microbial conversion via heterologous expression of glycosyltransferases provides a convenient and sustainable approach to produce cauloside A. Consequently, the efficient supply of uridine diphosphate-arabinose (UDP-Ara) is a critical determinant of the microbial synthesis of glycosides. In this study, we first engineered Escherichia coli ( E. coli ) to express pathway enzymes, enabling the accumulation of UDP-glucose, UDP-glucuronic acid, UDP-xylose, and UDP-Ara. The biosynthesis of UDP-Ara was subsequently enhanced through pathway optimization and the implementation of a uridine triphosphate regeneration system. Additionally, a salvage pathway comprising arabinose kinase and UDP-sugar pyrophosphorylase was engineered to increase the supply of UDP-Ara in E. coli . Finally, the production of cauloside A was achieved for the first time by introducing the engineered glycosyltransferase DaUGT121 from Dipsacus asperoides into UDP-Ara-producing strains. Through fed-batch fermentation in a 5 L bioreactor, the concentration of cauloside A reached 435.6 mg∙L –1 . This study presents an efficient and scalable strategy for the biosynthesis of other high-value arabinose-derived natural products.
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