在大肠杆菌中以阶段驱动的重新连接通过时间和能量协调来增强辅酶Q10生物合成
Hao Li1,2, Yongjun Wu3,4, Dongfang Qin3,4
1School of Food Engineering, Maanshan Teacher's College, Ma'anshan, Anhui, 243041, China. 10091@massz.edu.cn.
光遗传学同步了大肠杆菌中的酶,提高了4.3倍的辅酶Q10 (CoQ10) 生产. 这种生物能控制策略提高了前体道和甲基化效率,以实现可扩展的生物制造.
科学领域:
- 合成生物学和代谢工程合成生物学和代谢工程
- 生物化学工程和生物过程优化
背景情况:
- 在大肠杆菌中,辅酶Q10 (CoQ10) 的生物合成受到动力失衡和生物能问题的限制.
- 现有的方法很难有效地协调前体合成和甲基化步骤,以获得最佳的CoQ10产量.
研究的目的:
- 设计一个动态的光遗传控制系统,以提高大肠杆菌中辅酶Q10的产生.
- 解决 CoQ10 生物合成途径中的动态不匹配和生物能解.
主要方法:
- 使用动态光感应和核糖体结合部位 (RBS) 工程实施了光遗传学阶段控制策略.
- 整合实时膜潜力 (ΔΨ) 反,用于关键酶 (DXS和UbiG) 的时间协调.
- 利用多变量建模来识别用于发酵优化的关键控制参数 (ΔΨ,乙酸盐).
主要成果:
- 在5L生物反应器中,与静态对照 (0.15 g/L) 相比,CoQ10产量 (0.63 g/L) 提高了4.3倍.
- 通过通过6小时的酶相延迟增强的前体通道,减少了41%的甲基酸分流.
- 通过触发电压关闭的UbiG膜局部化和ATP驱动的S-adenosylmethionine再生,增加了2.3倍的甲基化效率.
结论:
- 建立了生物能量合的时间控制,作为膜结合的异oprenoid生物制造的可扩展范式.
- 证明了光遗传同步和膜潜在反对优化微生物发酵的有效性.
- 在工程Escherichia coli中实现了高碳效率 (82.5%) 和糖到产品的产量 (25.8%).
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