エンジニアリングされた大腸菌における高収量l-イソロイシン生産のためのピルビン酸合成の再プログラミングによる前駆体バランス調整

科学分野:

• 代謝工学
• 合成生物学
• 生化学的生産

背景:

• l-イソロイシン（l-Ile）は、食品、飼料、製薬用途に不可欠な必須分岐鎖アミノ酸です。
• 現在のl-Ileの微生物発酵収率は最適ではなく、工業規模での生産を制限しています。
• 効率的な合成には、前駆体分子である2-オキソ酪酸とピルビン酸の精密な制御が必要です。

研究 の 目的:

• 代謝工学によるグルコースからのl-イソロイシン（l-Ile）収量の向上。
• l-Ile生産増加のための2-オキソ酪酸とピルビン酸の前駆体間のバランス最適化。
• 効率的で費用対効果の高いl-Ile合成のための堅牢な微生物プラットフォームの開発。

主な方法:

• 2-オキソ酪酸供給を増強するために、プラスミドフリーのl-トレオニン（l-Thr）合成モジュールを構築しました。
• 輸送システムと酵素発現を改変することにより、l-Ile合成経路を最適化しました。
• pykFAを欠失させ、ホスホエノールピルビン酸を分配するためにグルコースPTS輸送システムを利用することにより、前駆体バランスをエンジニアリングしました。
• TCAサイクルのフラックスを弱め、損失を最小限に抑え、補因子バランスの不均衡に対処するためにロイシンデヒドロゲナーゼを導入しました。

主要な成果:

• グルコースあたり0.67 mol/mol、時間あたり1.72 g/Lの生産性の高いl-イソロイシン収量を達成しました。
• 2-オキソ酪酸/ピルビン酸比のバランスを取ることにより、副産物であるl-バリン（l-Val）を大幅に削減しました。
• l-イソロイシンの下流精製を容易にする実行可能な戦略を実証しました。

結論:

• 統合された代謝工学戦略は、l-イソロイシン生産を成功裏に強化しました。
• 前駆体比のバランスを取ることは、l-Ileの高収量微生物合成にとって重要です。
• 開発されたエンジニアリング株は、l-イソロイシンおよびその誘導体の生産のための有望なセルファクトリーとして機能します。