Engineering serine hydroxymethyltransferases for efficient synthesis of L-serine in Escherichia coli

丝氨酸 突变体 生物化学 大肠杆菌 蛋白质工程 生物合成 化学 计算生物学 生物 基因
作者
Zixin Teng,Xuewei Pan,Yunran Liu,Jiajia You,Hengwei Zhang,Zhenqiang Zhao,Zhina Qiao,Zhiming Rao
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier BV]
卷期号:393: 130153-130153 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2023.130153
摘要

L-serine is a high-value amino acid widely used in the food, medicine, and cosmetic industries. However, the low yield of L-serine has limited its industrial production. In this study, a cellular factory for efficient synthesis of L-serine was obtained by engineering the serine hydroxymethyltransferases (SHMT). Firstly, after screening the SHMT from Alcanivorax dieselolei by genome mining, a mutant AdSHMTE266M with high thermal stability was identified through rational design. Subsequently, an iterative saturating mutant library was constructed by using coevolutionary analysis, and a mutant AdSHMTE160L/E193Q with enzyme activity 1.35 times higher than AdSHMT was identified. Additionally, the target protein AdSHMTE160L/E193Q/E266M was efficiently overexpressed by improving its mRNA stability. Finally, combining the substrate addition strategy and system optimization, the optimized strain BL21/pET28a-AdSHMTE160L/E193Q/E266M-5′UTR-REP3S16 produced 106.06 g/L L-serine, which is the highest production to date. This study provides new ideas and insights for the engineering design of SHMT and the industrial production of L-serine.
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