Isoprenoid pathway optimization for Taxol precursor overproduction in Escherichia coli.
Isoprenoid pathway optimization for Taxol precursor overproduction in Escherichia coli.
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DOI：
10.1126/science.1191652
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发表时间：
2010-10-01
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Stephanopoulos G
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ajikumar PK;Xiao WH;Tyo KE;Wang Y;Simeon F;Leonard E;Mucha O;Phon TH;Pfeifer B;Stephanopoulos G
紫杉醇（紫杉醇）是一种有效的抗癌药物，首次从短叶红豆杉中分离得到。目前，具有成本效益的紫杉醇及其类似物的生产仍然有限。在这里，我们报告了一种多变量模块化的代谢途径工程方法，成功地提高了紫杉二烯（第一种紫杉醇中间体）的滴度，在工程大肠杆菌菌株中每升约1克（~15,000倍）。我们的方法将杉二烯代谢途径分为两个模块：原生上游甲基赤藓糖醇-磷酸（MEP）途径形成焦磷酸异戊烯基，下游异源萜类形成途径。系统的多变量搜索确定了平衡两个途径模块的最佳条件，从而最大限度地提高了杉二烯的产量，同时减少了吲哚的积累，吲哚是一种抑制化合物。我们还设计了紫杉醇生物合成的下一步，p450介导的紫杉醇烯的5α-氧化为紫杉醇-5α-醇。更广泛地说，模块化途径工程方法有助于释放MEP途径对萜类天然产物的工程生产的潜力。
Taxol (paclitaxel) is a potent anticancer drug first isolated from the Taxus brevifolia Pacific yew tree. Currently, cost-efficient production of Taxol and its analogs remains limited. Here, we report a multivariate-modular approach to metabolic-pathway engineering that succeeded in increasing titers of taxadiene—the first committed Taxol intermediate—approximately 1 gram per liter (~15,000-fold) in an engineered Escherichia coli strain. Our approach partitioned the taxadiene metabolic pathway into two modules: a native upstream methylerythritol-phosphate (MEP) pathway forming isopentenyl pyrophosphate and a heterologous downstream terpenoid–forming pathway. Systematic multivariate search identified conditions that optimally balance the two pathway modules so as to maximize the taxadiene production with minimal accumulation of indole, which is an inhibitory compound found here. We also engineered the next step in Taxol biosynthesis, a P450-mediated 5α-oxidation of taxadiene to taxadien-5α-ol. More broadly, the modular pathway engineering approach helped to unlock the potential of the MEP pathway for the engineered production of terpenoid natural products.
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