De novo biosynthesis of bioactive isoflavonoids by engineered yeast cell factories

生物合成 生物化学 酵母 化学 生物技术 生物 计算生物学 基因
作者
Quanli Liu,Yi Liu,Gang Li,Otto Savolainen,Yun Chen,Jens Nielsen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 6085-6085 被引量:140
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26361-1
摘要

Abstract Isoflavonoids comprise a class of plant natural products with great nutraceutical, pharmaceutical and agricultural significance. Their low abundance in nature and structural complexity however hampers access to these phytochemicals through traditional crop-based manufacturing or chemical synthesis. Microbial bioproduction therefore represents an attractive alternative. Here, we engineer the metabolism of Saccharomyces cerevisiae to become a platform for efficient production of daidzein, a core chemical scaffold for isoflavonoid biosynthesis, and demonstrate its application towards producing bioactive glucosides from glucose, following the screening-reconstruction-application engineering framework. First, we rebuild daidzein biosynthesis in yeast and its production is then improved by 94-fold through screening biosynthetic enzymes, identifying rate-limiting steps, implementing dynamic control, engineering substrate trafficking and fine-tuning competing metabolic processes. The optimized strain produces up to 85.4 mg L −1 of daidzein and introducing plant glycosyltransferases in this strain results in production of bioactive puerarin (72.8 mg L −1 ) and daidzin (73.2 mg L −1 ). Our work provides a promising step towards developing synthetic yeast cell factories for de novo biosynthesis of value-added isoflavonoids and the multi-phased framework may be extended to engineer pathways of complex natural products in other microbial hosts.
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