ソルビトール活性化窒素代謝依存性調節系の設計Bacillus licheniformisの炭素代謝流のリダイレクトのための設計

代謝フラックスの合成調節は、微生物細胞工場の性能を改善するための一般的な戦略として浮上しています。現在の規制ツールボックスは、主に炭素経路の制御と操作に依存しています。窒素は、成長と代謝に重要な役割を果たす重要な栄養素です。ただし、代謝調節のための窒素経路に基づいた広く適用可能なツールの可用性は依然として限られています。この作業では、窒素代謝に関連する信号を活用して、Bacillus licheniformisの過剰な炭素フラックスをリダイレクトする新しい調節システムを提示します。ネイティブ転写因子GLNRを操作し、ソルビトール応答性要素を組み込むことにより、緑色蛍光タンパク質レポーター遺伝子の発現の顕著な99％阻害を達成しました。このシステムを活用して、オーバーフロー炭素フラックスの最適なリダイレクトポイントを特定し、アセトインの蓄積が大幅に減少し、アセテート産生の2.6倍の増加をもたらしました。この研究は、合成生物学における窒素代謝の重要性と、代謝工学への貴重な貢献を強調しています。さらに、私たちの作品は、将来の合成生物学の努力における多次元代謝規制への道を開いています。

Synthetic regulation of metabolic fluxes has emerged as a common strategy to improve the performance of microbial cell factories. The present regulatory toolboxes predominantly rely on the control and manipulation of carbon pathways. Nitrogen is an essential nutrient that plays a vital role in growth and metabolism. However, the availability of broadly applicable tools based on nitrogen pathways for metabolic regulation remains limited. In this work, we present a novel regulatory system that harnesses signals associated with nitrogen metabolism to redirect excess carbon flux in Bacillus licheniformis. By engineering the native transcription factor GlnR and incorporating a sorbitol-responsive element, we achieved a remarkable 99% inhibition of the expression of the green fluorescent protein reporter gene. Leveraging this system, we identified the optimal redirection point for the overflow carbon flux, resulting in a substantial 79.5% reduction in acetoin accumulation and a 2.6-fold increase in acetate production. This work highlight the significance of nitrogen metabolism in synthetic biology and its valuable contribution to metabolic engineering. Furthermore, our work paves the way for multidimensional metabolic regulation in future synthetic biology endeavors.