Engineering a new-to-nature cascade for phosphate-dependent formate to formaldehyde conversion in vitro and in vivo

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作者
Maren Nattermann,Sebastian Wenk,Pascal Pfister,Hai He,Seung Hwan Lee,Witold Szymanski,Nils Guntermann,Fayin Zhu,Lennart Nickel,Charlotte Wallner,Jan Zarzycki,Nicole Paczia,Nina Gaißert,Giancarlo Franciò,Walter Leitner,Ramón González,Tobias J. Erb
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38072-w
摘要

Abstract Formate can be envisioned at the core of a carbon-neutral bioeconomy, where it is produced from CO 2 by (electro-)chemical means and converted into value-added products by enzymatic cascades or engineered microbes. A key step in expanding synthetic formate assimilation is its thermodynamically challenging reduction to formaldehyde. Here, we develop a two-enzyme route in which formate is activated to formyl phosphate and subsequently reduced to formaldehyde. Exploiting the promiscuity of acetate kinase and N- acetyl-γ-glutamyl phosphate reductase, we demonstrate this phosphate (P i )-based route in vitro and in vivo. We further engineer a formyl phosphate reductase variant with improved formyl phosphate conversion in vivo by suppressing cross-talk with native metabolism and interface the P i route with a recently developed formaldehyde assimilation pathway to enable C2 compound formation from formate as the sole carbon source in Escherichia coli . The P i route therefore offers a potent tool in expanding the landscape of synthetic formate assimilation.
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