Systematic Engineering of Komagataella phaffii for Efficient Kestose Biosynthesis: Integrating Expression Optimization with Secretory Pathway Engineering

计算生物学 组织工程 化学 细胞生物学 计算机科学 生物 表达式(计算机科学) 蛋白质工程 生物化学 基因表达 代谢工程 酶 分泌物 蛋白质表达 分泌途径 生化工程 工程类
作者
Simin Liao,J Li,Xiaocui Ling,Shizheng Meng,Jiapei Zou,Dong Chen,Jinying Ren,卢蓉蓉,Shuqin Qin,Jia‐Xun Feng,Xiulin Qin
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:74 (20): 15673-15685 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.6c02107
摘要

Kestose is the smallest fructooligosaccharide (FOS) with superior bioactivity and sweetness relative to other FOS variants. Its enzymatic synthesis from sucrose relies on β-fructofuranosidase (β-Ffase), but efficient heterologous production of this enzyme remains challenging. Here, the yeast Komagataella phaffii was engineered for enhanced secretion of β-Ffase as an efficient biocatalyst. Initial optimization of transcriptional elements increased extracellular enzyme titer by 8.1-fold, but significant intracellular accumulation persisted. Targeted engineering of the secretory pathway, including modulation of endoplasmic reticulum-associated degradation (ERAD) and vesicle trafficking, further improved secretion efficiency. The highest-yielding strain, BA2–2, achieved a 15.2-fold increase in extracellular activity (80.3 ± 5.6 U/mL) and reduced intracellular retention to 12.3% in shake-flask cultures. Application of highly secreted β-Ffase from this strain in a one-pot bioconversion strategy enabled sucrose conversion to 248.9 ± 20.6 g/L kestose with a productivity of 4.08 ± 0.28 g/L/h. Collectively, these results validate a systematic engineering strategy that combines expression optimization with secretory pathway engineering, enabling the development of an efficient microbial platform for industrial kestose production.
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