Esta edição recomenda um artigo publicado pela equipe do professor Zhou Jing-wen, diretor adjunto do Centro de Ciências Alimentares do Futuro da Universidade de Gangnam, em Sintética e Biotecnologia de Sistemas: Synergetic engineering of Escherichia coli for efficient production of L-tyrosine。 Este estudo, através de estratégias de engenharia colaborativa, direcionando a via do ácido herbáceo e ajustando o processo metabólico, e usando a evolução adaptativa de laboratório (MMC) para melhorar a tolerância da cepa a condições ácidas, resultou em uma cepa otimizada capaz de produzir 92,5 g / L de L-tirosina em um tanque de fermentação de 5 litros em 62 horas, com implicações importantes para a produção industrial de L-tirosina.

A L-tirosina tem amplas aplicações nas indústrias alimentar, alimentar, química e farmacêutica e não é apenas um precursor de vários produtos naturais, como o ácido caféico, os flavonoides e a curcumina, mas também envolve a síntese da droga L-DOPA, que trata a síndrome de Parkinson. Apesar do valor industrial importante da L-tirosina, os processos convencionais de síntese química ou enzimatização para a produção de tirosina apresentam as desvantagens de custos elevados e má estabilidade. O processo de fermentação microbiana produz tirosina com baixo custo, operação simples e outras vantagens, mas também há baixa produção, cepas de fermentação de alta densidade não são estáveis o suficiente e outras desvantagens.

Usando a E. coli WSH-Z06 como cepa inicial, os pesquisadores validaram a mistura de expressão e eliminação de vários genes associados à acumulação de ácido asacico e aminoácidos aromáticos, obtendo uma cepa combinada com a sobreexpressão de quatro genes e a eliminação de três genes, com uma produção de L-tirosina de 48 h (Figura 2). Depois de adicionar a via da fosfatocetonase (PK) à sua via do ácido herbáceo, a cepa teve um aumento de OD600 de 9,8% no agitador, mas a produção geral de L-tirosina teve uma tendência a diminuir. Após a integração de dois genes que transformam NADH e NADPH, o rendimento da cepa obtida aumentou para 6,17 g / L (Figura 3a). A cepa foi fermentada a nível do tanque de 5 L e a produção de L-tirosina atingiu 50,2 g / L, enquanto 12,4 g / L de ácido acético foi detectado no líquido de fermentação (Figura 3b), com altas concentrações de ácido acético resultando em uma inibição significativa do crescimento da bactéria (Figura 3b).

Para reduzir a acumulação de ácido acético, o gene da via de produção de ácido acético de E. coli foi eliminado e a produção de ácido acético da cepa foi reduzida em 33,6% e o crescimento da bactéria melhorou ligeiramente. Aumentar ainda mais a sua tolerância ao ácido acético, melhorar a produção de lisina, usar MMC (Microbial Continuous Drop Transmission Evolutor) para a evolução adaptativa, fazer 50 triagens de transmissão de mais de 200 gotas sob o sistema de gotas, melhorar constantemente a concentração de ácido acético, obter uma cepa que cresce bem a pH 5,1, com o melhor rendimento do nível de agitação da garrafa de 7,11 g / L (Figura 4). Controlando a concentração de glicose e oxigênio dissolvido em um tanque de fermentação de 5 L, a produção final de L-tirosina atingiu 92,8 g/L.

Esta série de estratégias de engenharia integradas impulsiona significativamente a produção de L-tirosina na síntese microbiana, fornecendo um forte apoio experimental para a produção de nível industrial.

Figura 1 Via da biosíntese da glicose L-tirosina

Figura 2 Produção de lisina após a eliminação e sobreexpressão de genes

Figura 3 Otimizar os resultados da fermentação do agitador de cepa com tanque de fermentação de 5L

Figura 4 Alteração do sistema de ácido acético de E. coli e evolução da resistência ao ácido

Link do artigo: https://doi.org/10.1016/j.synbio.2023.10.005