该文对酿酒酵母中三种辅因子(FADH₂、SAM和NADPH)的供应和循环利用进行了系统的研究，以实现多种药物分子的前体——酚酸、咖啡酸和阿魏酸的高效生产。针对辅因子工程策略，使微生物细胞工厂的咖啡酸(5.5 ± 0.2 g/L)和阿魏酸(3.8 ± 0.3 g/L)的产量达到最高。

他们首先构建了酵母生物合成CaA和FA的工程菌株，产量分别为157.5±1.2 mg/L和73.1±5.6 mg/L（图1）。

接着他们表达了肠系膜明串珠菌LmXFPK和克鲁维氏梭菌CkPTA来增强PPP途径的NADPH再生，CaA滴度达到326.7±15.9 mg/L，比对照菌株RB103提高了20%。还将Xfpk/pta与过表达天然转醛醇酶(Tal)相结合，进一步向E4P(菌株RB186)通量和NADPH再生，使CaA产量(368.1±5.3 mg /L)比菌株RB144提高了12.7%。高表达转酮醇酶基因TK1的高产菌株L−1的CAA产量比亲本菌株RB186提高了5%(385.2±36.52 mg/L)。这些结果表明，通过PPP的非氧化性步骤促进NADPH的再生有利于CaA的合成。

如图2所示，细菌CaA的生物合成途径消耗了大量的胞内FADH₂。因此，他们对FADH₂的生物合成和重定位进行编辑，以改善胞质FADH₂的供应。

他们使用三种策略设计了FADH₂的合成：

(1)加强天然FADH₂的生物合成；

(2)在胞浆中构建细菌FADH₂的生物合成；

(3)控制线粒体核黄素和FADH₂到胞浆的输出(图4)。

过量表达胞质BsRIBBA(加强FADH₂途径的第一个限速步骤)、TmBiFADS 、Flx1(将线粒体FADH₂输出到胞浆中)，导致CAA效价248.2±33.0mg/L比对照菌株提高了54%。MCH5的过表达进一步提高了菌株RB203中CaA的生物合成(492.1±49.2mgl/L)48%。

最后通过表达ADO1和SAH1两个基因的来增加SAM供应，导致FA产量增加39%(184.2±4.6mgl/L)。

综上，辅因子在推动天然产物生物合成中起着至关重要的作用，为其他天然产物的生物合成提供了参考。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-022-01014-6

作者：GSK