Metabolic design for selective production of nicotinamide mononucleotide from glucose and nicotinamide

烟酰胺单核苷酸 生物化学 NAD+激酶 化学 代谢工程 烟酰胺 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 大肠杆菌 焦磷酸盐 核苷酸 烟酰胺磷酸核糖转移酶 基因
作者
Shinichiro Shoji,Taiki Yamaji,Harumi Makino,Jun Ishii,Akihiko Kondo
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:65: 167-177 被引量:113
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2020.11.008
摘要

β-Nicotinamide mononucleotide (NMN) is, one of the nucleotide compounds, a precursor of NAD+ and has recently attracted attention as a nutraceutical. Here, we develop a whole-cell biocatalyst using Escherichia coli, which enabled selective and effective high production of NMN from the inexpensive feedstock substrates glucose and nicotinamide (Nam). Notably, we identify two actively functional transporters (NiaP and PnuC) and a high-activity key enzyme (Nampt), permitting intracellular Nam uptake, efficient conversion of phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP; supplied from glucose) and Nam to NMN, and NMN excretion extracellularly. Further, enhancement of the PRPP biosynthetic pathway and optimization of individual gene expression enable drastically higher NMN production than reported thus far. The strain extracellularly produces 6.79 g l−1 of NMN from glucose and Nam, and the reaction selectivity from Nam to NMN is 86%. Our approach will be promising for low-cost, high-quality industrial production of NMN and other nucleotide compounds using microorganisms.
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