Neue Publikation "Discovery of novel amino acid production traits by evolution of synthetic co-cultures"

https://doi.org/10.1186/s12934-023-02078-2

Titel: Entdeckung neuer Aminosäureproduktionsmerkmale durch Evolution synthetischer Co-Kulturen

Rico Zuchowski, Simone Schito, Friederike Neuheuser , Philipp Menke , Daniel Berger , Niels Hollmann, Srushti Gujar, Lea Sundermeyer , Christina Mack , Astrid Wirtz , Oliver H. Weiergräbe , Tino Polen , Michael Bott , Stephan Noack and Meike Baumgart

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Eigenschaften der Aminosäureproduktion von Corynebacterium glutamicum wurden in den letzten zwei Jahrzehnten ausgiebig letzten zwei Jahrzehnten untersucht. Viele Stoffwechselwege, Regulations- und Transportprinzipien sind bekannt, aber rein rationale aber rein rationale Ansätze bringen oft nur begrenzte Fortschritte bei der Optimierung der Produktion. Wir haben kürzlich stabile synthetische Co-Kulturen, die als Communities of Niche-optimized Strains (CoNoS) bezeichnet werden und deren Wachstum auf der Kreuzfütterung von Aminosäuren für das Wachstum angewiesen sind. Dieser Aufbau hat das Potenzial, Stämme mit verbesserter Produktion durch Selektion von schneller wachsenden für das Wachstum angewiesen sind. Dieser Aufbau hat das Potenzial, Stämme mit verbesserter Produktion durch Selektion von schneller wachsenden Gemeinschaften.

Ergebnisse: Hier haben wir eine adaptive Laborevolution (ALE) mit einem CoNoS-Stamm durchgeführt, um Mutationen zu identifizieren, die für die Aminosäureproduktion sowohl in Mono- als auch in Co-Kulturen relevant sind. Während der ALE mit der CoNoS, die aus Stämmen die entweder für L-Leucin oder L-Arginin auxotroph sind, erzielten wir eine Steigerung der Wachstumsrate um 23 %. Mittels Ganzgenomsequenzierung und Reverse Engineering identifizierten wir mehrere Mutationen, die am Aminosäuretransport beteiligt sind und sich positiv auf das CoNoS-Wachstum von Vorteil sind. Der l-Leucin-auxotrophe Stamm trug eine die Expression fördernde Mutation in der Promotorregion von brnQ (cg2537), die für einen verzweigtkettigen Aminosäuretransporter kodiert, in Kombination mit Mutationen in den Genen für den Na+/H+-Antiporter Mrp1 (cg0326-cg0321). Dies deutet auf eine unerwartete Verbindung von Mrp1 zum L-Leucin-Transport hin. Der l-Arginin-auxotrophe Partner entwickelte expressionsfördernde Mutationen in der Nähe der Transkriptionsstartstelle des noch uncharakterisierten Operons argTUV (cg1504-02). Durch Mutationsstudien und ITC haben wir ArgTUV als das einzige l-Arginin-Aufnahmesystem von C. glutamicum mit einer Kapazität von KD=30 nM. Schließlich führte die Deletion von argTUV in einem L-Arginin Produzentenstamm zu einer schnelleren und 24 % höheren L-Arginin-Produktion im Vergleich zum Elternstamm.

Schlussfolgerung: Unsere Arbeit demonstriert die Leistungsfähigkeit des CoNoS-Ansatzes für die evolutionsgeleitete Identifizierung von nicht offensichtlichen Produktionsmerkmalen, die auch die Aminosäureproduktion in Monokulturen fördern können. Weitere Runden Evolutionsrunden mit importoptimierten Stämmen können möglicherweise auch vorteilhafte Mutationen in Stoffwechselwegen Enzymen aufdecken. Der Ansatz lässt sich leicht auf alle Arten von Metaboliten-Kreuzungspaaren verschiedener Organismen oder verschiedenen Stämmen desselben Organismus erweitert werden, wodurch die Identifizierung relevanter Transportsysteme und anderer begünstigende Mutationen.

Schlüsselwörter: Synthetische Co-Kultur, Corynebacterium glutamicum, ALE / evolutionäres Engineering, Arginin-Import, Metabolic Engineering, Arginin-Produktion