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有益的大肠杆菌 fucO 基因碱基替换提高了乙醇酸的产量。

Beneficial base substitutions in Escherichia coli fucO gene for enhancement of glycolic acid production.

机构信息

Faculty of Agriculture, Department of Biological Chemistry and Food Science, Iwate University, 3-18-8 Ueda, Morioka, Iwate 020-8550, Japan.

Materials Science Course, Faculty of Symbiotic Systems Science and Technology, Fukushima University, 1 Kanayagawa, Fukushima 960-1296, Japan.

出版信息

J Biosci Bioeng. 2024 Oct;138(4):301-307. doi: 10.1016/j.jbiosc.2024.06.007. Epub 2024 Jul 29.

DOI:10.1016/j.jbiosc.2024.06.007
PMID:39079834
Abstract

Microbial production of glycolic acid (GA) from ethylene glycol is extensively used in a variety of industries because ethylene glycol is not only an inexpensive raw material but also the main component of industrial wastes. In this study, we produced GA from ethylene glycol using Escherichia coli overexpressing the endogenous 1,2-propanediol oxidoreductase (fucO) and lactaldehyde dehydrogenase (aldA) genes. To increase GA productivity, we screened a random mutant library generated using an error-prone polymerase chain reaction of fucO and obtained FucO mutants MF2-9 and MF6-9 with enhanced GA production in Lysogeny Broth medium containing 800 mM ethylene glycol. MF2-9 contained three amino acid substitutions (D23E, E222K, and G363S) and two synonymous mutations (coding DNA [c.] 93G > A and c.1131T > C) in fucO. MF6-9 contained one amino acid substitution (L377H) in FucO. An amino acid substitution (L377H) and a single synonymous mutation (c.1131T > C) in fucO contributed to the enhancement in GA production. Notably, cell lysates from E. coli harboring a synonymous mutation (c.1131T > C) or amino acid substitution (L377H) in fucO showed that only AldA activity was 1.3-fold higher than that of the cell lysate from E. coli harboring the wild-type fucO. We confirmed that c.1131T > C and L377H mutations increased aldA expression in E. coli. Analysis of mRNA levels and simulation of mRNA stabilization indicated that base substitutions at positions c.1130T, which corresponds to L377H amino acid substitution, and c.1131T increased aldA expression due to partial destabilization of the mRNA. These findings will be useful for the large-scale microbial production of GA from industrial waste.

摘要

微生物利用乙二醇生产乙醇酸(GA)在许多行业中得到广泛应用,因为乙二醇不仅是一种廉价的原料,而且还是工业废物的主要成分。在这项研究中,我们利用过表达内源性 1,2-丙二醇氧化还原酶(fucO)和乳醛脱氢酶(aldA)基因的大肠杆菌从乙二醇生产 GA。为了提高 GA 的生产力,我们筛选了使用易错聚合酶链反应生成的 fucO 随机突变文库,并在含有 800 mM 乙二醇的 Lysogeny Broth 培养基中获得了具有增强 GA 生产能力的 FucO 突变体 MF2-9 和 MF6-9。MF2-9 在 fucO 中包含三个氨基酸取代(D23E、E222K 和 G363S)和两个同义突变(编码 DNA [c.]93G>A 和 c.1131T>C)。MF6-9 在 FucO 中包含一个氨基酸取代(L377H)。fucO 中的一个氨基酸取代(L377H)和一个同义突变(c.1131T>C)有助于提高 GA 的产量。值得注意的是,携带 fucO 中同义突变(c.1131T>C)或氨基酸取代(L377H)的大肠杆菌细胞裂解物显示,只有 AldA 活性比携带野生型 fucO 的大肠杆菌细胞裂解物高 1.3 倍。我们证实 c.1131T>C 和 L377H 突变增加了大肠杆菌中 aldA 的表达。mRNA 水平分析和 mRNA 稳定性模拟表明,对应于 L377H 氨基酸取代的位置 c.1130T 和 c.1131T 的碱基取代导致 aldA 表达增加,这是由于 mRNA 部分不稳定。这些发现将有助于从工业废物中大规模微生物生产 GA。

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Beneficial base substitutions in Escherichia coli fucO gene for enhancement of glycolic acid production.有益的大肠杆菌 fucO 基因碱基替换提高了乙醇酸的产量。
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