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Combination of microbial and chemical synthesis for the sustainable production of β-elemene, a promising plant-extracted anticancer compound
Biotechnology and Bioengineering ( IF 3.5 ) Pub Date : 2023-09-04 , DOI: 10.1002/bit.28544 Wenjuan Li 1 , Jie Mai 1 , Lu Lin 1 , Zhi-Gang Zhang 1 , Rodrigo Ledesma-Amaro 2 , Weiliang Dong 1 , Xiao-Jun Ji 1
Biotechnology and Bioengineering ( IF 3.5 ) Pub Date : 2023-09-04 , DOI: 10.1002/bit.28544 Wenjuan Li 1 , Jie Mai 1 , Lu Lin 1 , Zhi-Gang Zhang 1 , Rodrigo Ledesma-Amaro 2 , Weiliang Dong 1 , Xiao-Jun Ji 1
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Beta-elemene, a class of sesquiterpene derived from the Chinese medicinal herb Curcuma wenyujin, is widely used in clinical medicine due to its broad-spectrum antitumor activity. However, the unsustainable plant extraction prompted the search for environmentally friendly strategies for β-elemene production. In this study, we designed a Yarrowia lipolytica cell factory that can continuously produce germacrene A, which is further converted into β-elemene with 100% yield through a Cope rearrangement reaction by shifting the temperature to 250°C. First, the productivity of four plant-derived germacrene A synthases was evaluated. After that, the metabolic flux of the precursor to germacrene A was maximized by optimizing the endogenous mevalonate pathway, inhibiting the competing squalene pathway, and expressing germacrene A synthase gene in multiple copies. Finally, the most promising strain achieved the highest β-elemene titer reported to date with 5.08 g/L. This sustainable and green method has the potential for industrial β-elemene production.
中文翻译：
结合微生物和化学合成可持续生产β-榄香烯，这是一种有前景的植物提取抗癌化合物
β-榄香烯是从中药温郁金中提取的一类倍半萜烯，因其具有广谱抗肿瘤活性而广泛应用于临床。然而，不可持续的植物提取促使人们寻找环保的β-榄香烯生产策略。在这项研究中，我们设计了一个解脂耶氏酵母细胞工厂，可以连续生产germacrene A，通过将温度转移到250°C，通过Cope重排反应进一步转化为β-榄香烯，产率100%。首先，评估了四种植物来源的香叶烯 A 合酶的生产力。此后，通过优化内源性甲羟戊酸途径、抑制竞争性角鲨烯途径以及多拷贝表达吉发烯A合酶基因，使吉发烯A前体的代谢通量最大化。最后，最有希望的菌株达到了迄今为止报道的最高 β-榄香烯滴度，为 5.08 g/L。这种可持续、绿色的方法具有工业化生产β-榄香烯的潜力。
更新日期：2023-09-04
中文翻译：
结合微生物和化学合成可持续生产β-榄香烯，这是一种有前景的植物提取抗癌化合物
β-榄香烯是从中药温郁金中提取的一类倍半萜烯，因其具有广谱抗肿瘤活性而广泛应用于临床。然而，不可持续的植物提取促使人们寻找环保的β-榄香烯生产策略。在这项研究中，我们设计了一个解脂耶氏酵母细胞工厂，可以连续生产germacrene A，通过将温度转移到250°C，通过Cope重排反应进一步转化为β-榄香烯，产率100%。首先，评估了四种植物来源的香叶烯 A 合酶的生产力。此后，通过优化内源性甲羟戊酸途径、抑制竞争性角鲨烯途径以及多拷贝表达吉发烯A合酶基因，使吉发烯A前体的代谢通量最大化。最后，最有希望的菌株达到了迄今为止报道的最高 β-榄香烯滴度，为 5.08 g/L。这种可持续、绿色的方法具有工业化生产β-榄香烯的潜力。
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