Metabolische Ingenieurwissenschaft der Biosynthese von 3-Hydroxypropionsäure in Escherichia coli

3-Hydroxypropionsäure (3-HP) kann in Mikroorganismen als vielseitige Plattformchemikalie produziert werden. Aufgrund der Toxizität des Zwischenprodukts 3-Hydroxypropionaldehyd (3-HPA) ist jedoch die Minimierung der 3-HPA-Akkumulation entscheidend für die Steigerung der Produktivität von 3-HP. In dieser Studie identifizierten wir eine neuartige Aldehyddehydrogenase, GabD4 von Cupriavidus necator, und fanden heraus, dass sie die höchste Enzymaktivität gegenüber 3-HPA aufwies, die bislang berichtet wurde. Um die Aktivität von GabD4 zu steigern, wurden mehrere Varianten durch gerichtetete und Sättigungsmutation basierend auf Homologiemodellierung erhalten. Escherichia coli, das mit dem Mutanten GabD4E209Q/E269Q transformiert wurde, zeigte die höchste Enzymaktivität, die 1,4-mal höher war als die des Wildtyps GabD4, und produzierte bis zu 71,9 g L (-1) 3-HP mit einer Produktivität von 1,8 g L (-1) h (-1). Soweit wir wissen, sind dies die höchsten 3-HP-Titer und Produktivitätswerte, die in der Literatur berichtet wurden. Darüber hinaus zeigt unsere Studie, dass GabD4 ein Schlüsselenzym für die Entwicklung industrieller 3-HP-produzierender Mikrobenstämme sein kann und liefert weitere Einblicke in den Mechanismus der Aldehyddehydrogenase-Aktivität.