2022
DOI: 10.1021/acsomega.2c03347
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Metabolic Engineering of Escherichia coli for High-Level Production of Salicin

Abstract: Salicin is a notable phenolic glycoside derived from plants including Salix and Populus genus and has multiple biological activities such as anti-inflammatory and antiarthritic, anticancer, and antiaging effects. In this work, we engineered production of salicin from cheap renewable carbon resources in Escherichia coli ( E. coli ) by extending the shikimate pathway. We first investigated enzymes synthesizing salicylate … Show more

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“…水杨酸是一种重要的植物激素, 广泛存在于杨柳 科植物中, 对植物的系统或局部防御反应有一定的调 节作用。此外,据报道水杨酸还能够调节光合作用、 呼吸作用、营养生长、种子萌发、开花、衰老等多种 过程, 从而影响植物的生长发育 [24][25][26][27] 。 乙酰水杨酸 (阿 司匹林)一直是治疗各种医学病症的重要药物 [28] ,广 泛应用于控制发热和疼痛, 以及治疗心血管疾病 [28][29][30] 和皮肤病如痤疮、水泡和瘙痒 [31] 。 目前研究认为植物中可能存在两种水杨酸合成 途径:异分支酸合酶(isochorismate synthase,ICS) 途径(主要部分)和 PAL 途径 [32,33] (图 2) 。在 ICS 途径中,在叶绿体中异分支酸合酶(ICS)首先将分 支酸转化为异分支酸 [33] ,随后异分支酸通过 MATE (multidrug and toxin extrusion)转运蛋白从叶绿体进 入细胞质,经氨基转移酶催化生成异分支酸-9-谷氨 酸(isochorismate-9-glutamate , ICS-Glu ) 。 ICS-Glu 不稳定, 推测可自发或经酰基转移酶催化分解生成水 杨酸。该途径中已鉴定的酶包括:MATE 转运蛋白, EDS5(enhanced disease susceptibility 5) ,它能够将 异分支酸从叶绿体转运到细胞质 [33] ;PBS3(avrPphB susceptible 3)编码的氨基转移酶,负责催化 L-谷氨 酸 与 异 分 支 酸 生 成 ICS-Glu [32] ; EPS1 ( enhanced Pseudomonas susceptibility 1)是 BAHD 酰基转移酶 家族蛋白, 具有 ICS-Glu 裂解酶活性,可以加速 ICS-Glu 分解产生水杨酸 [33,34] 。 除 ICS 途径外,推测植物在细胞质中利用 PAL 途径也能合成少部分水杨酸。 有同位素示踪实验表明 在烟草中苯丙氨酸可以经肉桂酸或苯甲酸转化为水 杨酸 [35] 。 但也有同位素示踪实验发现在拟南芥中苯丙 氨酸不能生成水杨酸, 而是合成其同分异构体对羟基 苯甲酸(p-hydroxybenzoic acid,PHB) [36] 。PAL 途 径合成水杨酸的相关酶还有待进一步鉴定。 微生物中也报道了一条水杨酸合成途径, 嗜甲基 拟无枝酸菌(Amycolatopsis methanolica)的 水杨酸合 A c c e p t e d https://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSV-2024-0029 成酶(salicylic acid synthase,AmS)可以直接利用分 支酸生成水杨酸 [37] 。 本实验室前期在改良的大肠杆菌 MG1655-U7 中过表达了 AmS,同时引入来源于塞格 尼氏杆菌( Segniliparus rotundus ) 的 羧酸还原酶 (carboxylic acid reductase,CAR)和来源于毛果杨 ( Populous trichocarpa ) 的 葡萄糖基转移酶 (glucosyltransferase,UGT71L1) ,成功实现了水杨 苷的微生物合成 [38]…”
Section: 水杨酸的生物合成unclassified
“…水杨酸是一种重要的植物激素, 广泛存在于杨柳 科植物中, 对植物的系统或局部防御反应有一定的调 节作用。此外,据报道水杨酸还能够调节光合作用、 呼吸作用、营养生长、种子萌发、开花、衰老等多种 过程, 从而影响植物的生长发育 [24][25][26][27] 。 乙酰水杨酸 (阿 司匹林)一直是治疗各种医学病症的重要药物 [28] ,广 泛应用于控制发热和疼痛, 以及治疗心血管疾病 [28][29][30] 和皮肤病如痤疮、水泡和瘙痒 [31] 。 目前研究认为植物中可能存在两种水杨酸合成 途径:异分支酸合酶(isochorismate synthase,ICS) 途径(主要部分)和 PAL 途径 [32,33] (图 2) 。在 ICS 途径中,在叶绿体中异分支酸合酶(ICS)首先将分 支酸转化为异分支酸 [33] ,随后异分支酸通过 MATE (multidrug and toxin extrusion)转运蛋白从叶绿体进 入细胞质,经氨基转移酶催化生成异分支酸-9-谷氨 酸(isochorismate-9-glutamate , ICS-Glu ) 。 ICS-Glu 不稳定, 推测可自发或经酰基转移酶催化分解生成水 杨酸。该途径中已鉴定的酶包括:MATE 转运蛋白, EDS5(enhanced disease susceptibility 5) ,它能够将 异分支酸从叶绿体转运到细胞质 [33] ;PBS3(avrPphB susceptible 3)编码的氨基转移酶,负责催化 L-谷氨 酸 与 异 分 支 酸 生 成 ICS-Glu [32] ; EPS1 ( enhanced Pseudomonas susceptibility 1)是 BAHD 酰基转移酶 家族蛋白, 具有 ICS-Glu 裂解酶活性,可以加速 ICS-Glu 分解产生水杨酸 [33,34] 。 除 ICS 途径外,推测植物在细胞质中利用 PAL 途径也能合成少部分水杨酸。 有同位素示踪实验表明 在烟草中苯丙氨酸可以经肉桂酸或苯甲酸转化为水 杨酸 [35] 。 但也有同位素示踪实验发现在拟南芥中苯丙 氨酸不能生成水杨酸, 而是合成其同分异构体对羟基 苯甲酸(p-hydroxybenzoic acid,PHB) [36] 。PAL 途 径合成水杨酸的相关酶还有待进一步鉴定。 微生物中也报道了一条水杨酸合成途径, 嗜甲基 拟无枝酸菌(Amycolatopsis methanolica)的 水杨酸合 A c c e p t e d https://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSV-2024-0029 成酶(salicylic acid synthase,AmS)可以直接利用分 支酸生成水杨酸 [37] 。 本实验室前期在改良的大肠杆菌 MG1655-U7 中过表达了 AmS,同时引入来源于塞格 尼氏杆菌( Segniliparus rotundus ) 的 羧酸还原酶 (carboxylic acid reductase,CAR)和来源于毛果杨 ( Populous trichocarpa ) 的 葡萄糖基转移酶 (glucosyltransferase,UGT71L1) ,成功实现了水杨 苷的微生物合成 [38]…”
Section: 水杨酸的生物合成unclassified
“…Zhank vd. (2022) yaptıkları çalışmada shikimate yolunu genişleterek E. coli'de ucuz yenilenebilir karbon kaynaklarından salisin üretimini gerçekleştirmişlerdir [29]. Yapılan bir diğer çalışmada ise glikozu verimli bir şekilde bütil asetata dönüştüren, metabolik olarak tasarlanmış bir E. coli suşu geliştirilmiştir [30].…”
Section: Prokaryotik Biyosentez Platformu: Escherichia Coliunclassified