酸发酵通过代谢工程的埃舍里希亚大肠杆菌产生p-hydroxybenzoate氧酶从Hylemonella gracilis NS1的酸发酵

科学领域:

• 生物技术是生物技术.
• 酵素工程是什么? 酶工程是什么
• 代谢工程是代谢工程.

背景情况:

• 来自植物的酸 (GA) 是抗氧化剂和食品添加剂的宝贵前体.
• 目前用于GA生产的微生物发酵方法利用酶来氧化p-基酸和原酸 (PCA),但面临成本和环境影响方面的挑战.
• 优化酶活性对于高效和可持续的GA生物合成至关重要.

研究的目的:

• 识别和表征一种来自Hylemonella gracilis NS1的新型p-hydroxybenzoate氧酶 (PobA),用于增强GA生产.
• 通过位点定向的突变生成来设计已识别的HgPobA酶,以提高其PCA氧化的催化效率.
• 通过使用增强的HgPobA.建立一种代谢工程化的大肠杆菌菌株,以高效地将葡萄糖发酵为GA,使用增强的HgPobA.

主要方法:

• 来自Hylemonella gracilis NS1 (HgPobA) 的p-基酸氧酶 (PobA) 的分离和表征.
• 针对HgPobA的局部导向突变,以创建具有改善PCA氧化活性的变体.
• 构建和培养一种工程化的大肠杆菌菌株,用于将葡萄糖发酵为GA,并结合野生类型和突变HgPobA酶.
• 酶分析以确定动力参数 (Km^app,kcat^app) 和化活性.

主要成果:

• 与Pseudomonas aeruginosa PAO1.1的酶相比,本地HgPobA的PCA氧化活性高出1.5倍.
• 工程HgPobA突变 (L207V/Y393F和T302A/Y393F) 显示显著改善PCA结合亲和力 (分别为2.9和3.7倍低于Km^app).
• 生产HgPobA L207V/Y393F突变的工程大肠杆菌菌株实现了0.56g L-1的GA产量,比野生型HgPobA.菌株产生的0.27g L-1大幅增加. 发酵速度也高出了10倍.

结论:

• 新型HgPobA酶及其工程变体代表了高效GA生产的有希望的生物催化剂.
• 大肠杆菌的代谢工程与增强的PobA活性相结合,为从葡萄糖中进行可持续和成本有效的GA发酵提供了一个可行的平台.
• 这项研究开创了用于发酵GA生产的天然PobA家族酶的使用,为食品添加剂和抗氧化剂的工业应用铺平了道路.