通过系统工程改造大肠杆菌，使其能够从葡萄糖和苹果酸中生物合成3-羟基丙酸

《BMC Biotechnology》：Systematic engineering of Escherichia coli for biosynthesis of 3-hydroxypropionic acid from glucose and malonate

　　

摘要

背景

3-羟基丙酸（3-HP）是一种具有广泛工业应用前景的C3平台化合物。然而，其微生物生产受到细胞内丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）供应不足和代谢失衡的限制。

结果

在这项研究中，我们对大肠杆菌（Escherichia coli）进行了系统改造，以提高3-HP的生物合成效率。通过CRISPR/Cas9技术将丙二酸吸收基因（matB、smatPQM）和3-HP合成基因（mcr）整合到染色体上，得到了一个无需质粒、无需抗生素的菌株（WYY04），该菌株产生的3-HP浓度达到了21.97 mM，比使用质粒的系统高出0.51倍。进一步通过CRISPRi介导的脂肪酸合成基因（fabD、fabF）的抑制作用，3-HP的产量提高了66%。引入对丙二酰辅酶A有响应的FapR/fapO生物传感器后，实现了对mcr表达的动态调控，从而使3-HP的产量又提高了59%。通过上述所有改造措施，WYY19菌株的3-HP产量比使用质粒的系统提高了2.29倍。在优化的发酵条件下，最终工程化的WYY19菌株在连续培养生物反应器中从葡萄糖和丙二酸中产生了42.22 g/L的3-HP，其产率为0.69 g/g和0.46 g/L/h。

结论

本研究展示了一个稳定、遗传上可靠且可扩展的微生物平台，用于3-HP的生物合成。

背景

3-羟基丙酸（3-HP）是一种具有广泛工业应用前景的C3平台化合物。然而，其微生物生产受到细胞内丙二酰辅酶A（malonyl-CoA）供应不足和代谢失衡的限制。

结果

在这项研究中，我们对大肠杆菌（Escherichia coli）进行了系统改造，以提高3-HP的生物合成效率。通过CRISPR/Cas9技术将丙二酸吸收基因（matB、smatPQM）和3-HP合成基因（mcr）整合到染色体上，得到了一个无需质粒、无需抗生素的菌株（WYY04），该菌株产生的3-HP浓度达到了21.97 mM，比使用质粒的系统高出0.51倍。进一步通过CRISPRi介导的脂肪酸合成基因（fabD、fabF）的抑制作用，3-HP的产量提高了66%。引入对丙二酰辅酶A有响应的FapR/fapO生物传感器后，实现了对mcr表达的动态调控，从而使3-HP的产量提高了59%。通过上述所有改造措施，WYY19菌株的3-HP产量比使用质粒的系统提高了2.29倍。在优化的发酵条件下，最终工程化的WYY19菌株在连续培养生物反应器中从葡萄糖和丙二酸中产生了42.22 g/L的3-HP，其产率为0.69 g/g和0.46 g/L/h。

结论

本研究展示了一个稳定、遗传上可靠且可扩展的微生物平台，用于3-HP的生物合成。