ガンマ-アミノ酪酸生産のために設計された大腸菌の C 代謝フラックス分析

C Metabolic Flux Analysis of Escherichia coli Engineered for Gamma-Aminobutyrate Production.

• Dae-Kyun Im
• Jaeseung Hong
• Boncheol Gu
• Changmin Sung
• Min-Kyu Oh

抄録

大腸菌は、グルコース最小培地でのγ-アミノ酪酸（GABA）産生のために設計されている。そのために、変異型グルタミン酸デカルボキシラーゼ（GadB）と変異型グルタミン酸/GABAアンチポーター（GadC）の過剰発現、およびGABAトランスアミナーゼ（GabT）の欠失を達成する。さらに、gltA、ppc、またはその両方を過剰発現させることにより、トリカルボン酸サイクルへの炭素流束を工学的に制御する。gltAによってコードされるクエン酸合成酵素（CS）の過剰発現は、予想通りGABAの生産性を増加させる。一方、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PPC）の過剰発現は、グルコースの取り込み速度を低下させ、その結果、GABA生産性を低下させる。菌株の表現型は、C代謝フラックス分析（C MFA）によって特徴づけられた。その結果、CSを過剰発現させると解糖反応やアナプレロティック反応の速度、およびクエン酸合成速度が増加し、PPCを過剰発現させると代謝フラックスの変化はほとんどないが、グルコース取り込み速度が低下することが明らかになった。設計された株は、グルコースから1.2gLのGABAを産生する。このように、C MFAを用いることで、効率的なGABA産生のための代謝工学的に設計された株を設計するための重要な情報が得られる。

Escherichia coli is engineered for γ-aminobutyrate (GABA) production in glucose minimal medium. For this, overexpression of mutant glutamate decarboxylase (GadB) and mutant glutamate/GABA antiporter (GadC), as well as deletion of GABA transaminase (GabT), are accomplished. In addition, the carbon flux to the tricarboxylic acid cycle is engineered by the overexpression of gltA, ppc, or both. The overexpression of citrate synthase (CS), encoded by gltA, increases GABA productivity, as expected. Meanwhile, the overexpression of phosphoenolpyruvate carboxylase (PPC) causes a decrease in the rate of glucose uptake, resulting in a decrease in GABA production. The phenotypes of the strains are characterized by C metabolic flux analysis ( C MFA). The results reveal that CS overexpression increases glycolysis and anaplerotic reaction rates, as well as the citrate synthesis rate, while PPC overexpression causes little changes in metabolic fluxes, but reduces glucose uptake rate. The engineered strain produces 1.2 g L of GABA from glucose. Thus, by using C MFA, important information is obtained for designing metabolically engineered strains for efficient GABA production.

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