大腸菌のグリセロールからのクロセチンとクロシンの完全な微生物合成

背景：サフランで主に見られるグリコシル化アポカロテノイド色素であるクローシンは、その生物活性特性についてバイオテクノロジーの分野に大きな関心を集めています。クローシンとそのアグリコンであるクロセチンの伝統的な生産には、通常、クロシン生産植物からの抽出が含まれます。この研究の目的は、大腸菌株におけるゼアキサンチン、クロセチン、およびクロシンの代謝経路を設計することにより、これらの化合物の代替生合成法を開発することを目的としています。 結果：一連の遺伝的修飾と重要な酵素の戦略的過剰発現を採用して、クロセチンとクロセチンの4つのグリコシル化誘導体を合成するための完全な微生物経路を正常に確立し、グリセロールを原発性炭素源として利用しました。ゼアキサンチン切断ジオキシゲナーゼの過剰発現とクロセチンダイアヒドデヒドロゲナーゼの新規バリアントは、クロセチンの顕著な収率をもたらしました（34.77±1.03 mg/L）。さらなる最適化には、新しいタイプのクロセチンとクロシン-2グリコシルトランスフェラーゼの過剰発現が含まれ、クロシン-1（6.29±0.19 mg/L）、クロシン-2（5.29±0.24 mg/L）、クロシン-3（1.48±±3（1.48±±3）の産生が促進されました。0.10 mg/L）、およびCrocin-4（2.72±0.13 mg/L）。 結論：この調査では、グリセロールを持続可能な炭素原料として使用して、クローシンとその誘導体を生成するための先駆的で統合された微生物合成法を紹介します。達成された実質的な収量は、植物抽出方法の環境に優しい代替品としての微生物由来のクロシンの商業的可能性を強調しています。これらの微生物プロセスの開発は、クローシン生産の範囲を広げるだけでなく、薬学および食品産業におけるバイオエンジニアリング化合物の搾取に対する重要な意味も示唆しています。

BACKGROUND: Crocin, a glycosylated apocarotenoid pigment predominantly found in saffron, has garnered significant interest in the field of biotechnology for its bioactive properties. Traditional production of crocins and their aglycone, crocetin, typically involves extraction from crocin-producing plants. This study aimed to develop an alternative biosynthetic method for these compounds by engineering the metabolic pathways of zeaxanthin, crocetin, and crocin in Escherichia coli strains. RESULTS: Employing a series of genetic modifications and the strategic overexpression of key enzymes, we successfully established a complete microbial pathway for synthesizing crocetin and four glycosylated derivatives of crocetin, utilizing glycerol as the primary carbon source. The overexpression of zeaxanthin cleavage dioxygenase and a novel variant of crocetin dialdehyde dehydrogenase resulted in a notable yield of crocetin (34.77 ± 1.03 mg/L). Further optimization involved the overexpression of new types of crocetin and crocin-2 glycosyltransferases, facilitating the production of crocin-1 (6.29 ± 0.19 mg/L), crocin-2 (5.29 ± 0.24 mg/L), crocin-3 (1.48 ± 0.10 mg/L), and crocin-4 (2.72 ± 0.13 mg/L). CONCLUSIONS: This investigation introduces a pioneering and integrated microbial synthesis method for generating crocin and its derivatives, employing glycerol as a sustainable carbon feedstock. The substantial yields achieved highlight the commercial potential of microbial-derived crocins as an eco-friendly alternative to plant extraction methods. The development of these microbial processes not only broadens the scope for crocin production but also suggests significant implications for the exploitation of bioengineered compounds in pharmaceutical and food industries.