Engineering Methyltransferase and Sulfoxide Synthase for High-Yield Production of Ergothioneine

生物化学 Erg公司 大肠杆菌 发酵 麦角新碱 ATP合酶 谷氨酸棒杆菌 生物 二甲基亚砜 突变体 化学 基因 抗氧化剂 有机化学 视网膜
作者
Luwen Zhang,Jiawei Tang,Meiqing Feng,Shaoxin Chen
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (1): 671-679 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.2c07859
摘要

Ergothioneine (ERG) is an unusual sulfur-containing amino acid with antioxidant activity that can be synthesized by certain bacteria and fungi. Microbial fermentation is a promising method for ERG production. In this study, the bifunctional enzyme methyltransferase–sulfoxide synthase NcEgt1 from Neurospora crassa was truncated to obtain sulfoxide synthase TNcEgt1, which showed a higher expression level in Escherichia coli BL21(DE3). Then, the genes egtD encoding methyltransferase EgtD and egtE encoding C–S lyase EgtE from Mycobacterium smegmatis were cloned with TncEgt1 into E. coli BL21(DE3) to produce 70 mg/L ERG. To improve ERG production, TNcEgt1 and EgtD were modified, and the resulting mutants were screened with an established high-throughput method which could directly analyze the ERG content in culture broths. After several rounds of mutation and screening, the optimal mutant MD4 was obtained and produced 290 mg/L ERG. Furthermore, a fed-batch culture was conducted in a 5 L bioreactor. After optimizing the fermentation process, the ERG yield reached 5.4 g/L after 94 h of cultivation supplemented with amino acids and glycerol, which is the highest ERG yield reported to date. The results showed that ERG production was significantly improved by modifying the key enzymes, and the engineered strains constructed in this study have potential industrial application prospects.
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