大腸菌における非リボソームペプチド抗生物質バリノマイシンの産生の強化された産生は、小規模の高細胞密度FEDバッチ栽培を通じて

天然産物の大ファミリーである非リボソームペプチド（NRP）は、多数の薬学的に有意な生物活性を持っています。ただし、NRPの多くの在来微生物生産者は栽培可能ではなく、生産量が少ないため、大量生産が実行不可能です。代理宿主における天然物の組換え生産は、これらの制限を克服するための戦略として浮上しています。de novo組換え統合された大腸菌宿主株におけるNRP抗生物質バリノマイシンのde novo組換え産生は、Streptomyces tsusimaensisから必要な生合成経路成分とともに確立されました。本研究では、最初に控えめなヴァリノマイシンの収率は、シェイクフラスコの酵素ベースのFEDバッチモードにバッチから切り替えることにより、0.3から2.4 mgL⁻¹から大幅に増加する可能性があります。溶存酸素とpHのオンライン監視を伴う24ウェルプレートでの並列FREDバッチ栽培の実験駆動型の最適化のその後の設計により、最大6.4 mg Lが得られます。最後に、酵素ベースの高細胞密度栽培に繰り返されるグルコースポリマー栽培は、Shake Flasksにおける高細胞密度栽培により、OD> 50の細胞密度とAppRのバリノマイシン力価をもたらしました。10 mgl⁻¹。これは、初期のバッチ栽培と比較して33倍の改善を表しており、これまでに特定の前駆体を摂取せずに大腸菌で生成された非リボソームペプチドの最高濃度です。また、FREDバッチ条件下でのこのような小規模な最適化は、大腸菌の自然産物生産プロセスの開発とスケールアップに一般的に適用される可能性があります。

Nonribosomal peptides (NRPs), a large family of natural products, possess numerous pharmaceutically significant bioactivities. However, many native microbial producers of NRPs are not cultivable or have low production yields making mass production infeasible. The recombinant production of natural products in a surrogate host has emerged as a strategy to overcome these limitations. De novo recombinant production of the NRP antibiotic valinomycin in an engineered Escherichia coli host strain was established with the necessary biosynthetic pathway constituents from Streptomyces tsusimaensis. In the present study, the initially modest valinomycin yields could be significantly increased from 0.3 up to 2.4 mg L⁻¹ by switching from a batch to an enzyme-based fed-batch mode in shake flasks. A subsequent design of experiment-driven optimization of parallel fed-batch cultivations in 24-well plates with online monitoring of dissolved oxygen and pH led to valinomycin yields up to 6.4 mg L⁻¹. Finally, repeated glucose polymer feeding to enzyme-based high cell density cultivations in shake flasks resulted in cell densities of OD₆₀₀>50 and a valinomycin titer of appr. 10 mg L⁻¹. This represents a 33-fold improvement compared to the initial batch cultivations and is the highest concentration of a nonribosomal peptide which has been produced in E. coli without feeding of specific precursors so far to our knowledge. Also, such a small-scale optimization under fed-batch conditions may be generally applicable for the development and scale-up of natural product production processes in E. coli.