理性设计脂肪酸合酶实现短链脂肪酸的合成

   日期:2017-03-20    


2017年3月10号,Nature Communications在线发表德国法兰克福大学研究文章:Engineering fungal de novo fatty acid synthesis for short chain fatty acid production。该研究对酿酒酵母脂肪酸合酶(FAS)进行理性蛋白质工程改造,发现有5个氨基酸位点的变化能使脂肪酸合成的不成熟中间物脂酰基-CoA提前释放合成短链脂肪酸(SCFAs)。在未经任何途径工程改造情况下,短链脂肪酸(主要由己酸和辛酸组成)胞外浓度最高达到464 mg/L。该研究所用 的脂肪酸酶蛋白质工程策略也可广泛用于其它脂肪酸合成微生物的改造。

脂肪酸被认为是精细化学品生产的重要平台化合物,近些年细菌或真菌发酵生产脂肪酸已被广泛的研究。活体生物天然主要合成C14-C18的脂肪酸,目前报道在酿酒酵母中由葡萄糖为原料补料分批发酵合成脂肪酸高达10.4 g/L,大肠杆菌报道浓度最高是5.2 g/L。由于C4-C12脂肪酸可作为生物燃料前体,大量研究利用细菌和真菌脂肪酸合酶来生产短链脂肪酸。目前研究报道借助已知的对短链产物特异的硫酯酶,通过单独表达或是作为内源脂肪酸合酶的融合亚基干扰天然合成系统,在酿酒酵母和大肠杆菌中实现短链脂肪酸或烷烃的合成。

与此前策略不同,该研究在使真菌脂肪酸合酶的整体结构性质保持不变情况下,改造脂肪酸合酶使尚未完全延伸的脂酰基链的提前释放,通过脂肪酸合酶结构理性改造得到可合成短链脂肪酸5个氨基酸位点突变体,在没有任何代谢途径改造的背景菌株中表达这些酶变体,C6-C12短链脂肪酸积累最高达到464.4  mg/L(I306A-G1250S-R1834K)。以这里获得的短链酰基-COA很利于延伸合成短链醛,醇和烷烃,而不需要游离脂肪酸的活化过程。

此外,该研究还鉴定到了水解短链酰基CoA酯水解的三个硫酯酶,这些硫酯酶都敲除菌株可以有效地将短链酰基-CoA产物引入下游衍生过程。
 

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