Improving lycopene production in Escherichia coli by engineering metabolic control

调节器 代谢工程 细胞内 代谢途径 番茄红素 焊剂(冶金) 糖酵解 生物 生物化学 代谢网络 大肠杆菌 代谢物 代谢通量分析 化学 细胞生物学 新陈代谢 基因 类胡萝卜素 有机化学
作者
William R. Farmer,James C. Liao
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:18 (5): 533-537 被引量:518
标识
DOI:10.1038/75398
摘要

Metabolic engineering has achieved encouraging success in producing foreign metabolites in a variety of hosts. However, common strategies for engineering metabolic pathways focus on amplifying the desired enzymes and deregulating cellular controls. As a result, uncontrolled or deregulated metabolic pathways lead to metabolic imbalance and suboptimal productivity. Here we have demonstrated the second stage of metabolic engineering effort by designing and engineering a regulatory circuit to control gene expression in response to intracellular metabolic states. Specifically, we recruited and altered one of the global regulatory systems in Escherichia coli, the Ntr regulon, to control the engineered lycopene biosynthesis pathway. The artificially engineered regulon, stimulated by excess glycolytic flux through sensing of an intracellular metabolite, acetyl phosphate, controls the expression of two key enzymes in lycopene synthesis in response to flux dynamics. This intracellular control loop significantly enhanced lycopene production while reducing the negative impact caused by metabolic imbalance. Although we demonstrated this strategy for metabolite production, it can be extended into other fields where gene expression must be closely controlled by intracellular physiology, such as gene therapy.
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