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Optogenetie regulation of engineered cellular metabolism for microbial chemical production

机译：工程化细胞代谢用于微生物化学生产的光遗传学调控

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摘要

The optimization of engineered metabolic pathways requires careful control over the levels and timing of metabolic enzyme expression(1-4). Optogenetic tools are ideal for achieving such precise control, as light can be applied and removed instantly without complex media changes. Here we show that light-controlled transcription can be used to enhance the biosynthesis of valuable products in engineered Saccharomyces cerevisiae. We introduce new optogenetic circuits to shift cells from a light-induced growth phase to a darkness-induced production phase, which allows us to control fermentation with only light. Furthermore, optogenetic control of engineered pathways enables a new mode of bioreactor operation using periodic light pulses to tune enzyme expression during the production phase of fermentation to increase yields. Using these advances, we control the mitochondrial isobutanol pathway to produce up to 8.49 +/- 0.31 g l(-1) of isobutanol and 2.38 +/- 0.06 g l(-1) of 2-methyl-1-butanol micro-aerobically from glucose. These results make a compelling case for the application of optogenetics to metabolic engineering for the production of valuable products.
机译：优化的代谢途径需要仔细控制代谢酶表达的水平和时间（1-4）。光遗传学工具是实现这种精确控制的理想选择，因为可以立即施加和除去光，而无需更换复杂的介质。在这里，我们表明光控制的转录可用于增强工程酿酒酵母中有价值的产品的生物合成。我们引入了新的光遗传学电路，将细胞从光诱导的生长期转移到黑暗诱导的生产阶段，这使我们仅用光就能控制发酵。此外，工程途径的光遗传学控制实现了生物反应器操作的新模式，该模式使用周期性的光脉冲来调节发酵生产阶段的酶表达，从而提高产量。利用这些进展，我们控制线粒体异丁醇途径从葡萄糖微量产生多达8.49 +/- 0.31 gl（-1）的异丁醇和2.38 +/- 0.06 gl（-1）的2-甲基-1-丁醇。这些结果为将光遗传学应用于代谢工程以生产有价值的产品提供了令​​人信服的理由。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2018年第7698期|683-687|共5页
  • 作者

    Zhao Evan M.; Zhang Yanfei; Mehl Justin; Park Helen; Lalwani Makoto A.; Toettcher Jared E.; Avalos Jose L.;

  • 作者单位

    Princeton Univ, Dept Chem & Biol Engn, Hoyt Lab, 25 William St, Princeton, NJ 08544 USA;

    Princeton Univ, Dept Chem & Biol Engn, Hoyt Lab, 25 William St, Princeton, NJ 08544 USA;

    Princeton Univ, Dept Chem & Biol Engn, Hoyt Lab, 25 William St, Princeton, NJ 08544 USA;

    Princeton Univ, Dept Chem & Biol Engn, Hoyt Lab, 25 William St, Princeton, NJ 08544 USA;

    Princeton Univ, Dept Chem & Biol Engn, Hoyt Lab, 25 William St, Princeton, NJ 08544 USA;

    Dept Mol Biol, 140 Lewis Thomas Lab,Washington Rd, Princeton, NJ 08544 USA;

    Princeton Univ, Dept Chem & Biol Engn, Hoyt Lab, 25 William St, Princeton, NJ 08544 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
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