Metabolic engineering for efficient supply of acetyl-CoA from different carbon sources in Escherichia coli

大肠杆菌中从不同碳源高效供应乙酰-CoA 的代谢工程

来源：MICROBIAL CELL FACTORIES

IF：6.4

摘要：背景：乙酰-CoA是一种重要的代谢中间产物，是生物合成各种高附加值乙酰化学品的乙酰化前体。乙酰-CoA 可通过大肠杆菌中的代谢途径从葡萄糖、乙酸或脂肪酸中产生。虽然葡萄糖是产生乙酰-CoA 的有效碳源，但从乙酸酯到乙酰-CoA 的途径最短，脂肪酸可通过脂肪酸氧化产生乙酰-CoA，同时产生大量的 NADH 和 FADH(2)。本研究构建了能从葡萄糖、乙酸盐和脂肪酸中有效提供乙酰-CoA 的代谢工程大肠杆菌菌株，并将其应用于从谷氨酸和乙酰-CoA 一步法生物合成 N-乙酰谷氨酸（NAG）。结果 通过在敲除 argB 和 argA 的大肠杆菌 BW25113 中过表达来自 Kitasatospora setae 的 N-acetylglutamate 合酶，构建了生产 NAG 的代谢工程大肠杆菌菌株。进一步改造后，该菌株能利用葡萄糖、乙酸和脂肪酸产生乙酰-CoA。当使用葡萄糖作为碳源时，增量 ptsG::glk、增量 galR::zglf、增量 poxB::acs、增量 ldhA 和增量 pta 组合突变体提供乙酰-CoA 的效率更高。研究了从乙酸到乙酰-CoA的乙酰-CoA合成酶（ACS）途径和乙酸激酶-磷酸乙酰转移酶（ACK-PTA）途径，结果表明ACK-PTA途径提供乙酰-CoA的效率更高。当使用脂肪酸作为碳源时，通过删除 fadR 和在强启动子 CPA1 下组成型表达 fadD，乙酰-CoA 的供应得到了改善。通过比较葡萄糖、乙酸盐和棕榈酸的乙酰-CoA 供应情况发现，使用葡萄糖作为碳源时，谷氨酸的转化率（98.2%）和生产率（平均 6.25 mmol/L/h）都更高。结果还表明，乙酸和脂肪酸提供乙酰-CoA 的潜力巨大，因为谷氨酸的摩尔转化率超过 80%。结论 开发了用于生产 NAG 的代谢工程大肠杆菌菌株。优化了从葡萄糖、乙酸盐或脂肪酸中提取乙酰-CoA的代谢途径，以高效供应乙酰-CoA，提高 NAG 产量。本研究中使用的高效供应乙酰-CoA 的代谢策略可用于以乙酰-CoA 为前体或涉及乙酰化的其他化学物质。