Construction of an Escherichia coli cell factory for de novo synthesis of tyrosol through semi-rational design based on phenylpyruvate decarboxylase ARO10 engineering

酪醇 大肠杆菌 合理设计 合成生物学 代谢工程 生物化学 突变体 饱和突变 定向进化 生物 化学 计算生物学 基因 遗传学 抗氧化剂
作者
Yuanyuan Xia,Lina Qi,Xulei Shi,Keyi Chen,Łukasz Pepłowski,Xianzhong Chen
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:253: 127385-127385
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.127385
摘要

Tyrosol (2-(4-hydroxyphenyl) ethanol) is extensively used in the pharmaceutical industry as an important natural product from plants. In previous research, we constructed a recombinant Escherichia coli strain capable of de novo synthesis of tyrosol by integrating the phenylpyruvate decarboxylase ARO10 derived from Saccharomyces cerevisiae. Nevertheless, the insufficient catalytic efficiency of ARO10 required the insertion of multiple gene copies into the genome to attain enhanced tyrosol production. In this study, we constructed a mutation library of ARO10 based on a computer-aided semi-rational design strategy and developed a high-throughput screening method for selecting high-yield tyrosol mutants by introducing the heterologous hydroxylase complex HpaBC. Through multiple rounds of screening and site-saturation mutagenesis, we ultimately identified the two optimal ARO10 mutants, ARO10D331V and ARO10D331C, which respectively achieved a tyrosol titer of 2.02 g/L and 2.04 g/L in shake flasks, both representing more than 50 % improvement compared to the wild-type. Our study demonstrates the great potential of computer-based semi-rational enzyme design strategy in metabolic engineering. The high-throughput screening method for target compound derivative possesses a certain level of generality. Ultimately, we obtained promising mutants capable of achieving industrial-scale production of tyrosol, which also lays a solid foundation for the efficient synthesis of tyrosol derivatives.
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