Rewiring Bacillus subtilis and bioprocess optimization for oxidoreductive reaction-mediated biosynthesis of D-tagatose

枯草芽孢杆菌 生物化学 脱氢酶 生物过程 生物合成 代谢途径 化学 发酵 木糖 代谢工程 辅因子 生物 细菌 古生物学 遗传学
作者
Guoyan Zhang,Yingfeng An,Hossain M. Zabed,Junhua Yun,Amreesh Parvez,Mei Zhao,Cunsheng Zhang,Yuvaraj Ravikumar,Jia Li,Xianghui Qi
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier BV]
卷期号:389: 129843-129843 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2023.129843
摘要

D-tagatose holds significant importance as a functional monosaccharide with diverse applications in food, medicine, and other fields. This study aimed to explore the oxidoreductive pathway for D-tagatose production, surpassing the contemporary isomerization-mediated biosynthesis approach in order to enhance the thermodynamic equilibrium of the reactions. Initially, a novel galactitol dehydrogenase was discovered through biochemical and bioinformatics analyses. By co-expressing the galactitol dehydrogenase and xylose reductase, the oxidoreductive pathway for D-tagatose synthesis was successfully established in Bacillus subtilis. Subsequently, pathway fine-tuning was achieved via promoter regulation and dehydrogenase-mediated cofactor regeneration, resulting in 6.75-fold higher D-tagatose compared to that produced by the strain containing the unmodified promoter. Finally, optimization of fermentation conditions and medium composition produced 39.57 g/L D-tagatose in a fed-batch experiment, with a productivity of 0.33 g/L/h and a yield of 0.55 mol/mol D-galactose. These findings highlight the potential of the constructed redox pathway as an effective approach for D-tagatose production.
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