Systems metabolic engineering of glutathione biosynthesis in Saccharomyces cerevisiae: Pathway balancing coupled with enzyme screening for high-titer production

酿酒酵母 代谢工程 效价 生物合成 生物化学 化学 谷胱甘肽 生物 酵母 病毒学 病毒
作者
Zhiqi Hu,Mengyuan Su,Qile Liu,Ying Chun Li,Yunxiang Liang,Shuangquan Li,Yingjun Li
出处
期刊:Engineering microbiology [Elsevier BV]
卷期号:5 (4): 100243-100243
标识
DOI:10.1016/j.engmic.2025.100243
摘要

Glutathione (GSH), an essential tripeptide thiol critical for cellular redox regulation, has significant value in the pharmaceutical and nutraceutical industries. To overcome limitations of traditional GSH extraction methods, this study established a microbial cell factory platform in Saccharomyces cerevisiae through integrated metabolic engineering strategies: (1) host strain screening identified NJ-SQYY with superior GSH accumulation (74.14 mg·L⁻¹, 8.27 mg·g-1 dry cell weight [DCW]); (2) CRISPR/Cas9-mediated genomic integration of bacterial gshAB introduced with a bifunctional glutathione synthetase; (3) systematic optimization via promoter tuning and Gsh1-Gsh2 enzyme fusion, and CYS3 overexpression-resolved γ-glutamylcysteine bottlenecks. These interventions synergistically enhanced GSH synthesis to 339.3 mg·L⁻¹ in shake flasks (4.6-fold increase), representing the highest reported titer in chromosomally engineered S. cerevisiae. Scaling to dissolved oxygen-coupled fed-batch fermentation in a 5-L bioreactor produced 997.46 mg·L⁻¹ GSH at 33.85 mg·g⁻¹ DCW. This study demonstrated a holistic metabolic engineering-to-bioprocessing approach for industrial GSH biomanufacturing.
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