Integrating Enzyme Evolution and Metabolic Engineering to Improve the Productivity of Γ-Aminobutyric Acid by Whole-Cell Biosynthesis in Escherichia Coli

生物化学 代谢工程 生物合成 大肠杆菌 氨基丁酸 生产力 化学 生物 基因 宏观经济学 经济 受体
作者
Xinwei Yang,Xiaojing Huo,Yaqian Tang,Mingyue Zhao,Yong Tao,Jianzhong Huang,Chongrong Ke
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (11): 4656-4664 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.2c07613
摘要

γ-Aminobutyric acid (GABA) is used widely in various fields, such as agriculture, food, pharmaceuticals, and biobased chemicals. Based on glutamate decarboxylase (GadBM4) derived from our previous work, three mutants, GadM4-2, GadM4-8, and GadM4-31, were obtained by integrating enzyme evolution and high-throughput screening methods. The GABA productivity obtained through whole-cell bioconversion using recombinant Escherichia coli cells harboring mutant GadBM4-2 was enhanced by 20.27% compared to that of the original GadBM4. Further introduction of the central regulator GadE of the acid resistance system and the enzymes from the deoxyxylulose-5-phosphate-independent pyridoxal 5'-phosphate biosynthesis pathway resulted in a 24.92% improvement in GABA productivity, reaching 76.70 g/L/h without any cofactor addition with a greater than 99% conversion ratio. Finally, when one-step bioconversion was applied for the whole-cell catalysis in a 5 L bioreactor, the titer of GABA reached 307.5 ± 5.94 g/L with a productivity of 61.49 g/L/h by using crude l-glutamic acid (l-Glu) as the substrate. Thus, the biocatalyst constructed above combined with the whole-cell bioconversion method represents an effective approach for industrial GABA production.
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