Engineered reversal Engineered reversal of the of the

ββ-oxidation cycle for -oxidation cycle for thethe

synthesis of fuels synthesis of fuels and chemicalsand chemicals报告人：张文倩

时间： 2011.10.07

Functional reversal of the β-oxidation Functional reversal of the β-oxidation cyclecycle

前期准备：对前期准备：对 ββ-oxidation-oxidation 的正调的正调控控

RB01: MG1655RB01: MG1655

fadR atoC(c) crp* ΔΔarcA

使之独立于cAMP

去除 arcAarcA 介导对 ββ-- 氧化的抑制作用

RB02: MG1655

fadR atoC(c) crp* ΔarcAfadR atoC(c) crp* ΔarcA

ΔΔadhEΔΔptaΔΔfrdA: 封锁其他代谢途径

脂肪酸底物不存在的情况下反应仍能进行

产乙酸产乙醇 产琥珀酸

针对一轮反应，以针对一轮反应，以 n-butanoln-butanol的合成为目标，的合成为目标，调节各步反应的基因调节各步反应的基因

终止反应：终止反应： YqhD FucOYqhD FucO 两个基因分别过表达 两个基因分别过表达

Butanol Butanol 产量升高产量升高

第一步 ：第一步 ： acetyl-CoA to acetoacetyl-CoAacetyl-CoA to acetoacetyl-CoA [atoB+] and [yqeF+] [atoB+] and [yqeF+] Butanol Butanol 产量升高产量升高

副产物副产物 ethanolethanol 的产量减少：的产量减少： ΔeutE ΔYqhDΔeutE ΔYqhD

总结各步反应总结各步反应

（（ 11 ） ） YqeFYqeF

（（ 22 ） ） FadBFadB

（（ 33 ） ） FadBFadB（4 ） YdiO

（（ 55 ） ） MhpF MhpF and and

FucOFucO

第四步：第四步： β-β- 氧化中唯一不可逆反应氧化中唯一不可逆反应 Ydio Ydio 替换 替换 FadEFadE

A new Escherichia coli metabolicA new Escherichia coli metaboliccompetency: growth on fatty acids competency: growth on fatty acids

by a novel anaerobic β-oxidation by a novel anaerobic β-oxidation pathway. Mol.Microbiol. 47, pathway. Mol.Microbiol. 47, 793793––805 (2003).805 (2003).

热力学可行性分析：： YdiQRST YdiQRST 编码 编码 ferredoxin and ferredoxin and

flavoproteinsflavoproteins ferredoxin ferredoxin 作 作 enoyl-CoA to acyl-CoA enoyl-CoA to acyl-CoA 的还的还

原力原力 ΔG 0﹤ΔG 0﹤

结论：结论： Ydio Ydio ––YdiQRSTYdiQRST 用于用于 enoyl-CoA to acyl-CoAenoyl-CoA to acyl-CoA 此步还原反应此步还原反应

逆反应

①

④

②

③

YqeFYqeF

FadBFadB

FadBFadB

YdiO FadEFadE

胞内中长链脂肪酸

奇偶数碳链醇

长链醇

短链脂肪酸

β-氧化逆反应

fatty-acid biosynthesis

keto-acid pathways

reversal of the β-oxidation cycle

66.7% C-mole basis

每加两个 C 原子单元，生成一个 ATP

直接以 acetyl-CoAacetyl-CoA 作碳原子供体作碳原子供体

acyl-CoA intermediatesacyl-CoA intermediates 作为作为 n-alcoholsn-alcohols 和其他产物的前体和其他产物的前体

Malonyl-ACP 的合成消耗 ATP

acyl-ACP intermediates 消耗ATP

a nonnatural metabolic engineering approach

目前合成最长碳链水平：己醇

50% C-mole

最后，与其他合成途径做对比

高效性