香りを生成するKluyveromyces Marxianusの代謝生理学

Kluyveromyces Marxianusは、L-フェニルアラニンからの生体変換で由来する2-フェニルエタノールなどの香りの化合物の工業生産の可能性が高い。現在の研究では、バッチ栽培におけるK.マルクシアヌスの生成物の収量は、0.65 mol 2-フェニルエタノール/mol l-フェニルアラニンと推定されたため、1 mol/molの理論的最適を大幅に下回っています。K. Marxianusのさまざまな基質と産物の化学量論的バランスとGC-MS分析の包括的なアプローチにより、その代謝に関する詳細な洞察が得られました。この目的のために、リングラベル（（13）C（6））L-フェニルアラニンと天然の標識グルコースは、バッチ培養のトレーサー研究で基質として適用されました。供給されたL-フェニルアラニンのみからの産生アロマ化合物2-フェニルエタノールと2-フェニルエチルアセテート茎は、L-フェニルアラニン生物陽性経路でのプリフェン酸デヒドラターゼの効率的なフィードバック阻害のためにこれらの生成物に変換されませんでした。さらに、供給されたL-フェニルアラニンがこのアミノ酸に対する同化細胞の需要を完全に覆うことを示すことができます。排気ガスにおける（13）Co（2）の定量化は、栽培中のL-フェニルアラニンの異化崩壊の明確な証拠を提供しました。遊離細胞内L-フェニルアラニンのプールの周りで代謝バランスをとることで、異化および同化経路へのL-フェニルアラニンの有意な損失が明らかになりました。L-フェニルアラニンの73.3％は2-フェニルエタノールまたは2-フェニルエチルアセテートに変換されましたが、22.4％をシーナマ酸経路で異化し、4.3％がタンパク質生合成に向けられました。L-チロシンへのヒドロキシル化を介したL-フェニルアラニンの異化崩壊は除外できます。2-フェニルエタノール産生K.マルクシアヌスの代謝機能と調節に関する洞察に加えて、ここで紹介するアプローチは、2-フェニルエタノール産生酵母の遺伝的最適化の潜在的な標的に関する重要な情報を提供します。

Kluyveromyces marxianus has a high potential for industrial production of aroma compounds, such as 2-phenylethanol, which is derived in a bioconversion from L-phenylalanine. In the present work the product yield of K. marxianus in batch cultivation was estimated as 0.65 mol 2-phenylethanol/mol L-phenylalanine and thus significantly below the theoretical optimum of 1 mol/mol. By a comprehensive approach of stoichiometric balancing and GC-MS analysis of various substrates and products of K. marxianus a detailed insight into its metabolism was gained. For this purpose ring-labelled ((13)C(6)) L-phenylalanine and naturally labelled glucose were applied as substrates in tracer studies in batch culture. The produced aroma compounds 2-phenylethanol and 2-phenylethylacetate stem exclusively from the supplied L-phenylalanine, whereas glucose was not converted into these products because of efficient feed-back inhibition of prephenate dehydratase in the L-phenylalanine biosynthetic pathway. It could be further shown that the supplied L-phenylalanine completely covers the anabolic cellular demand for this amino acid. Quantification of (13)CO(2) in the exhaust gas provided clear evidence for catabolic breakdown of L-phenylalanine during cultivation. Metabolic balancing around the pool of free intracellular L-phenylalanine revealed a significant loss of L-phenylalanine into catabolic and anabolic pathways. While 73.3% of L-phenylalanine was converted into 2-phenylethanol or 2-phenylethylacetate, 22.4% was catabolized through the cinnamate pathway and 4.3% was directed towards protein biosynthesis. Catabolic breakdown of L-phenylalanine via hydroxylation to L-tyrosine could be excluded. In addition to an insight into metabolic functioning and regulation of 2-phenylethanol-producing K. marxianus, the approach presented here provides important information on potential targets for genetic optimization of 2-phenylethanol-producing yeasts.