Glucaric酸生物合成与微生物细胞工厂

文摘

Glucaric酸是一种有机酸,广泛用于食品、医药和化工行业。在过去的十年中,模型微生物如大肠杆菌和酿酒酵母工程glucaric酸的生产。尤其是毕赤酵母属pastoris也被设计为生产glucaric酸报道最高的价值。在这个评论,最近的努力和进步glucaric酸生物合成进行了讨论

文摘

Glucaric酸是一种有机酸,广泛用于食品、医药和化工行业。在过去的十年中,微生物等模型大肠杆菌和酿酒酵母已经设计了glucaric酸的生产。特别是,毕赤酵母属pastoris也被设计为生产glucaric酸报道最高的价值。在这个评论,最近的努力和进步glucaric酸生物合成进行了讨论。

关键字

Glucaric酸、微生物细胞工厂,毕赤酵母属pastoris

介绍

Glucaric酸,一个自然的、高价值的有机酸,被描述为“顶级增值化学”从生物质由于其各种应用程序1]。由于传统的缺点化学方法、生产glucaric酸微生物细胞工厂作为一个潜在的清洁环保方法(引起了人们广泛的关注2,3]。许多努力都致力于构建健壮的细胞工厂glucaric酸生物合成(4- - - - - -6]。当然,glucaric酸可以在哺乳动物和植物细胞合成。然而,生物合成途径是漫长而没有充分肯定7]。因此,一个简短的从葡萄糖或肌醇生物合成途径是设计和特征。2009年,月球等人首先招募myo-inositol-1 INO1从-磷酸合酶编码基因酿酒酵母,肌醇加氧酶编码基因mMIOX从鼠标和udh从小便脱氢酶编码基因两和建造一种新型glucaric酸生物合成途径大肠杆菌(6]。尽管glucaric酸中检测出文化(约1 g / L),中间体肌醇与葡萄糖醛酸的积累,因为低MIOX活动。因此,改进的稳定和活动MIOX优化流量对glucaric酸是至关重要的。在这方面,研究者从普莱瑟集团尝试不同的策略包括定向进化、人工合成支架和融合标签增加MIOX平衡流量的活动对glucaric酸(8,9]。因此,4.85 g / L glucaric酸实现从10.8 g / L肌醇。然而,进一步修改后生产未能增加途径和优化喂补充碳源(10- - - - - -12]。的结果大肠杆菌建议实现高水平表达的病原MIOX和改善公差对pH-mediated毒性应该要点glucaric效价高的酸。为此,酿酒酵母还追究生产glucaric酸因其满意的耐酸碱(4]。因此,构建glucaric酸生物合成途径大肠杆菌被移植到美国与codon-optimized MIOX酵母。应用馈料式发酵策略,生产增加到1.6 g / L与肌醇葡萄糖补充。结果表明,pHmediated毒性不是一个至关重要的问题大肠杆菌。

除了大肠杆菌和酿酒酵母,methylotrophic酵母毕赤酵母属pastoris(现在重新归类为Komagataella phaffii),也被广泛用于生产外源蛋白和有价值的化学物质,因为它的许多优点,例如,高细胞密度的增长能力简单的媒体和肝(一般recognizedas安全)状态13,14]。特别是,它已被证明p . pastoris拥有出色的表现功能表达式相关的细胞色素P450氧化酶(15- - - - - -17]。此外,最终的酶的表达Udhglucaric酸的合成途径是兼容的细胞生长自Udh是热不稳定并显示高活动30°C。考虑到这些点,p . pastoris应该是一个合适的候选人glucaric酸的生产。出于这个原因,刘等人首先调查和功能验证一个内生MIOX,然后成功地构建了glucaric酸生物合成途径p . pastoris(5]。经过优化的MIOX和的表达Udh融合表达策略,应用馈料式方法,glucaric酸的效价显著增加到6.61 g / L的葡萄糖和肌醇。相比之下,大肠杆菌和酿酒酵母,p . pastoris更合适和有效glucaric酸生产。此外,它可以发现,除了MIOX的低活动,肌醇的生物合成效率低下也是一个瓶颈glucaric酸的高水平生产葡萄糖。此外,肌醇还充当一个重要前体合成phosphatidyliositol,扮演着一个重要的角色在信号和脂质合成。因此,未来的努力p . pastoris应该关注(I)工程师和上游基因的过度表达,尤其是INO1肌醇的生物合成;(2)修改和改善MIOX与诱导启动子表达和活动;(3)降低竞争的基本途径通量;(IV)探索和建设新型合成途径向glucaric酸(图1)。

结论

毕赤酵母属pastoris是一个理想的宿主glucaric酸生物合成。随着合成生物学工具箱和代谢工程的发展策略,完整glucaric酸生物合成途径从葡萄糖可以系统地设计和优化的全球监管。通过结合成本效益发酵策略,高效的生产流程的glucaric酸葡萄糖应该建立在不久的将来。

引用

1. Werpy T, et al。最高附加值从生物质化学品,卷1:糖筛查潜在候选人的结果和合成天然气。华盛顿特区:美国能源部》2004。
2. 杜J, et al .工程微生物合成增值产品的工厂。J生物科技Microbiol》。2011; 38:873 - 90。
3. 标注T, et al。对生物技术生产己二酸,从biorenewables前兆。生物科技J》。2013; 167:75 - 84。
4. 古普塔,et al .移植合成D-glucaric酸途径从大肠杆菌、酿酒酵母。Biotechnol j . 2016; 11:1201-8。
5. 刘Y, et al。glucaric酸从工程Pichiapastoris肌醇的生产。酶活工艺。2016;91:8-16。
6. 月亮TS, et al。生产glucaric酸合成途径的重组大肠杆菌。:环境Microbiol。2009; 75:589 - 95。
7. Linster CL,等。维生素c的生物合成、回收和退化的哺乳动物。2月j . 2007; 274:1-22。
8. 月亮TS, et al。使用模块化,glucaric酸的合成支架改进生产工程大肠杆菌。金属底座Eng。2010; 12:298 - 305。
9. Shiue E,等。改善D-glucaric酸生产肌醇的大肠杆菌通过增加MIOX运输稳定和肌醇。金属底座Eng。2014; 22:22-31。
10. 布鲁克曼IM, et al . E的动态击倒。杆菌中央将代谢通量的主要代谢物。金属底座Eng。2015; 28:104-13。
11. Reizman IM, et al。改善glucaric酸生产通过动态控制大肠杆菌的代谢通量。代谢工程communications.2015; 2:109-16。
12. Shiue E, et al。提高产品收益率在大肠杆菌葡萄糖通过淘汰赛pgi zwf和喂养补充碳源。Biotechnol Bioeng。2015; 112:579 - 87。
13. Vogl T, et al。新的机会通过合成生物学在Pichiapastoris生物制药生产。生物科技当今》。2013;24:1094 - 101。
14. Spohner SC, et al .酶的表达与Pichiapastoris使用在食品和饲料行业。生物科技J》。2015; 202:118-34。
15. Araya-Garay JM, et al。建设生产叶黄素的小说Pichiapastoris应变。AMB表达。2012;24。
16. Araya-Garay JM, et al .建设新的Pichiapastoris x 33菌株生产番茄红素和β-胡萝卜素。生物科技:Microbiol》。2012; 93:2483 - 92。
17. 生产sesquiterpenoid Wriessnegger T, et al。(+) -nootkatone Pichiapastoris的代谢工程。金属底座Eng。2014; 24:18-29。