Combinatorial optimization and spatial remodeling of CYPs to control product profile

单加氧酶 化学 内质网 细胞色素P450 生物化学 组合化学 立体化学 计算生物学 新陈代谢 生物
作者
Jiazeng Yang,Yuguang Liu,D. Zhong,Linlin Xu,Haixin Gao,Jay D. Keasling,Xiaozhou Luo,Howard H. Chou
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:80: 119-129 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2023.09.004
摘要

Activating inert substrates is a challenge in nature and synthetic chemistry, but essential for creating functionally active molecules. In this work, we used a combinatorial optimization approach to assemble cytochrome P450 monooxygenases (CYPs) and reductases (CPRs) to achieve a target product profile. By creating 110 CYP-CPR pairs and iteratively screening different pairing libraries, we demonstrated a framework for establishing a CYP network that catalyzes six oxidation reactions at three different positions of a chemical scaffold. Target product titer was improved by remodeling endoplasmic reticulum (ER) size and spatially controlling the CYPs' configuration on the ER. Out of 47 potential products that could be synthesized, 86% of the products synthesized by the optimized network was our target compound quillaic acid (QA), the aglycone backbone of many pharmaceutically important saponins, and fermentation achieved QA titer 2.23 g/L.
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