補足的なエチルアミンの非存在下での大腸菌によるL-テアニンの生産

L-テアニンは、茶植物にほぼ独占的に存在する非タンパク性アミノ酸であり、人間の健康に有益です。工業生産の場合、L-チアニンは、グルタミン/グルタミン酸（またはグルタミン/グルタミン酸誘導体）およびエチルアミンから酵素的または化学的に合成されます。エチルアミンは非常に可燃性で毒性があり、複雑になり、運用手順のコストが増加します。これらの問題を解決するために、補足的なエチルアミンが存在しない場合にL-チアニンを産生するための人工生合成経路を開発しました。この目的のために、アセトアルデヒドのトランスアミン化を触媒してエチルアミンを産生し、γ-グルタミルメチルアミンシンアミドシンセイン（ncBBi：タンパク質補血）タンパク質補助金（タンパク質）から触媒するPseudomonas Putida KT2440から、新規トランスアミナーゼ（NCBI：タンパク質アクセッション番号AAN70747）を特定して選択しました。Pseudomonas syringae pv。syringae B728aは、L-グルタミン酸とエチルアミンの凝縮を触媒してL-テアニンを生成します。これらの遺伝子を大腸菌W3110S3GKで発現し、アセトアルデヒドとL-アラニンの生産能力を高めることで、エチルアミン補給なしでL-テアニンの産生が成功しました。さらに、γ-グルタミルトランスペプチダーゼ（EC 2.3.2.2）をコードするGGTの削除は、分解を減衰させることによりL-テアニンの大規模な産生を達成しました。アラニン脱炭酸酵素活性化経路は、L-テアニンの発酵産生のための有望な経路を表していることを示します。私たちの研究は、補足的なエチルアミンがない場合にL-テアニンを生成する効率的な方法を報告しています。重要性のL-テアニンは、食品添加物や栄養補助食品で広く使用されています。L-テアニンの工業生産は、有毒で非常に可燃性の前駆体エチルアミンを使用し、生産コストを引き上げます。この研究では、大腸菌を使用して、補足的なエチルアミンの非存在下でグルコースとアンモニアからL-テアニンを産生する2つの生合成経路を設計しました。この研究は、L-テアニンを安全かつ経済的に生産するための基盤を確立しています。

l-Theanine is a nonproteinogenic amino acid present almost exclusively in tea plants and is beneficial for human health. For industrial production, l-theanine is enzymatically or chemically synthesized from glutamine/glutamate (or a glutamine/glutamate derivative) and ethylamine. Ethylamine is extremely flammable and toxic, which complicates and increases the cost of operational procedures. To solve these problems, we developed an artificial biosynthetic pathway to produce l-theanine in the absence of supplemental ethylamine. For this purpose, we identified and selected a novel transaminase (NCBI:protein accession number AAN70747) from Pseudomonas putida KT2440, which catalyzes the transamination of acetaldehyde to produce ethylamine, as well as γ-glutamylmethylamide synthetase (NCBI:protein accession number AAY37316) from Pseudomonas syringae pv. syringae B728a, which catalyzes the condensation of l-glutamate and ethylamine to produce l-theanine. Expressing these genes in Escherichia coli W3110S3GK and enhancing the production capacity of acetaldehyde and l-alanine achieved successful production of l-theanine without ethylamine supplementation. Furthermore, the deletion of ggt, which encodes γ-glutamyltranspeptidase (EC 2.3.2.2), achieved large-scale production of l-theanine by attenuating its decomposition. We show that an alanine decarboxylase-utilizing pathway represents a promising route for the fermentative production of l-theanine. Our study reports efficient methods to produce l-theanine in the absence of supplemental ethylamine.IMPORTANCE l-Theanine is widely used in food additives and dietary supplements. Industrial production of l-theanine uses the toxic and highly flammable precursor ethylamine, raising production costs. In this study, we used Escherichia coli to engineer two biosynthetic pathways that produce l-theanine from glucose and ammonia in the absence of supplemental ethylamine. This study establishes a foundation for safely and economically producing l-theanine.