前駆体および補酵素経路の遺伝的操作によるトリプトファン生産の改善のための工学的研究

Engineering to improve tryptophan production via genetic manipulation of precursor and cofactor pathways.

• Zhu Li
• Dongqin Ding
• Huiying Wang
• Linxia Liu
• Huan Fang
• Tao Chen
• Dawei Zhang

抄録

生合成前駆体と補酵素の供給を最適化することは、通常、標的化合物の生産を改善するための効果的な代謝戦略である。ここでは、前駆体合成の最適化と補酵素代謝のバランスを考慮した組み合わせを採用し、トリプトファンの生産性を向上させた。まず、KW001 の異種グルタミン合成酵素を発現させることでグルタミン合成を改善し、 最良の候補株 TS-1 を得た。その後、TS-1 を過剰発現させたところ、1.060g/L のトリプトファンが蓄積された。その後、5-phospho-α-d-リボース1-2リン酸のフラックスを増加させるために、染色体上にもう1つのコピーを導入し、変異体を発現させ、セリンの前駆体供給を増加させ、1.380g/Lトリプトファンの蓄積をもたらした。最後に、補酵素のバランスを維持するために、トランスハイドロゲナーゼをコードし、過剰発現させた。十分な量の前駆体とバランスのとれた補酵素を用いて、この遺伝子組換え株は48時間のシェイクフラスコ発酵後に1.710g/Lのトリプトファンを産生することができ、これは親株の力価の2.76倍であった。以上の結果から、前駆体供給の最適化と補酵素代謝の調整を組み合わせることが、トリプトファンの高レベル生産に効果的なアプロー チであることが明らかになった。同様の戦略は、他のアミノ酸や関連する誘導体の生産にも適用可能である。

Optimizing the supply of biosynthetic precursors and cofactors is usually an effective metabolic strategy to improve the production of target compounds. Here, the combination of optimizing precursor synthesis and balancing cofactor metabolism was adopted to improve tryptophan production in . First, glutamine synthesis was improved by expressing heterologous glutamine synthetase from and in the engineered strain KW001, resulting in the best candidate strain TS-1. Then and were overexpressed in TS-1, which led to the accumulation of 1.060 g/L tryptophan. Subsequently, one more copy of was introduced on the chromosome to increase the flux of 5-phospho-α-d-ribose 1-diphosphate followed by the expression of mutated and to increase the precursor supply of serine, resulting in the accumulation of 1.380 g/L tryptophan. Finally, to maintain cofactor balance, and encoding transhydrogenase, were overexpressed. With sufficient amounts of precursors and balanced cofactors, the engineered strain could produce 1.710 g/L tryptophan after 48 h of shake-flask fermentation, which was 2.76-times higher than the titer of the parent strain. Taken together, our results demonstrate that the combination of optimizing precursor supply and regulating cofactor metabolism is an effective approach for high-level production of tryptophan. Similar strategies could be applied to the production of other amino acids or related derivatives.

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