Engineering Yarrowia lipolytica for high-level β-elemene production via combinatorial metabolic strategies

雅罗维亚 代谢工程 生产(经济) 生物技术 生化工程 生物 工程类 酵母 生物化学 经济 宏观经济学
作者
Mingyun Dai,Qingyi Cao,Shuanglong Jia,Jiang Chen,Hui-Ying Xu,Bang‐Ce Ye,Wei‐Bing Liu,Ying Zhou
出处
期刊:Synthetic and Systems Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:10 (4): 1172-1179 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.synbio.2025.06.007
摘要

β-Elemene, a pharmacologically active sesquiterpene derived from the traditional Chinese medicinal herb Curcuma wenyujin, exhibits broad-spectrum antitumor and anti-inflammatory activities. Currently, its commercial production relies heavily on plant extraction, a process associated with high costs and environmental burdens, limiting industrial scalability. To address these challenges, we developed a metabolically engineered Yarrowia lipolytica strain as an efficient microbial cell factory for de novo Germacrene A biosynthesis, the direct precursor of β-elemene. Through combinatorial optimization strategies—including (1) mevalonate (MVA) pathway enhancement, (2) copy number amplification of germacrene A synthase (GAS), (3) β-oxidation pathway reinforcement, and (4) introduction of the isopentenyl utilization pathway (IUP)—we significantly improved β-elemene production. The engineered strain achieved a titer of 3.08 ± 0.05 g/L in shake-flask cultures, with a yield of 51.27 ± 0.75 mg/g glucose, representing a 3.5-fold increase over the parental strain. Our work highlights the potential of Y. lipolytica as a sustainable and scalable platform for high-value sesquiterpene production, offering a viable alternative to plant-derived extraction. • The β-elemene titer reaches 3.08 g/L in Y. lipolytica. • Combinatorial metabolic engineering boosts titer 3.5-fold. • First demonstration of IUP pathway engineering for β-elemene biosynthesis. • High-level β-elemene titer achieved via batch fermentation.
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