Combinatorial metabolic engineering of Bacillus subtilis for de novo production of polymyxin B

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作者
Hui-Zhong Sun,Qing Li,Wei Shang,Bin Qiao,Qiu-Man Xu,Jing‐Sheng Cheng
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:83: 123-136 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2024.04.001
摘要

Polymyxin is a lipopeptide antibiotic that is effective against multidrug-resistant Gram-negative bacteria. However, its clinical development is limited due to low titer and the presence of homologs. To address this, the polymyxin gene cluster was integrated into Bacillus subtilis, and sfp from Paenibacillus polymyxa was expressed heterologously, enabling recombinant B. subtilis to synthesize polymyxin B. Regulating NRPS domain inhibited formation of polymyxin B2 and B3. The production of polymyxin B increased to 329.7 mg/L by replacing the native promoters of pmxA, pmxB, and pmxE with PfusA, C2up, and PfusA, respectively. Further enhancement in this production, up to 616.1 mg/L, was achieved by improving the synthesis ability of 6-methyloctanoic acid compared to the original strain expressing polymyxin heterologously. Additionally, incorporating an anikasin-derived domain into the hybrid nonribosomal peptide synthase of polymyxin increased the B1 ratio in polymyxin B from 57.5% to 62.2%. Through optimization of peptone supply in the fermentation medium and fermentation in a 5.0-L bioreactor, the final polymyxin B titer reached 962.1 mg/L, with a yield of 19.24 mg/g maltodextrin and a productivity of 10.02 mg/(L·h). This study demonstrates a successful approach for enhancing polymyxin B production and increasing the B1 ratio through combinatorial metabolic engineering.
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