Unnatural biosynthesis by an engineered microorganism with heterologously expressed natural enzymes and an artificial metalloenzyme

合成生物学 化学 天然产物 异源的 大肠杆菌 生物合成 生物化学 代谢工程 异源表达 小分子 化学生物学 生物催化 组合化学 计算生物学 基因 重组DNA 生物 催化作用 离子液体
作者
Jing Huang,Zhennan Liu,Brandon J. Bloomer,Douglas S. Clark,Aindrila Mukhopadhyay,Jay D. Keasling,John F. Hartwig
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:13 (12): 1186-1191 被引量:74
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00801-3
摘要

Synthetic biology enables microbial hosts to produce complex molecules from organisms that are rare or difficult to cultivate, but the structures of these molecules are limited to those formed by reactions of natural enzymes. The integration of artificial metalloenzymes (ArMs) that catalyse unnatural reactions into metabolic networks could broaden the cache of molecules produced biosynthetically. Here we report an engineered microbial cell expressing a heterologous biosynthetic pathway, containing both natural enzymes and ArMs, that produces an unnatural product with high diastereoselectivity. We engineered Escherichia coli with a heterologous terpene biosynthetic pathway and an ArM containing an iridium-porphyrin complex that was transported into the cell with a heterologous transport system. We improved the diastereoselectivity and product titre of the unnatural product by evolving the ArM and selecting the appropriate gene induction and cultivation conditions. This work shows that synthetic biology and synthetic chemistry can produce, by combining natural and artificial enzymes in whole cells, molecules that were previously inaccessible to nature.
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