Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/76798
Title: Enhancement of L-phenylalanine production by mutagenesis of pheA gene in escherichia coli
Other Titles: การเพิ่มการผลิตแอล-ฟีนิลอะลานีนโดยการก่อกลายพันธุ์ยีน pheA ใน escherichia coli
Authors: Burawat Naksusuk
Advisors: Kanoktip Packdibamrung
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Issue Date: 2015
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: L-Phenylalanine (L-Phe) is an essential amino acid required for dietary meal of human. It is wildly used in chemical synthesis of various pharmaceutical and food industrial products. Nowaday, demand for L-Phe has increased dramatically due to the demand of the low-calorie sweetener aspartame. L-Phe can be synthesized by chemical synthesis, enzymatic synthesis or microbial fermentation. In Escherichia coli, the production of L-Phe is under the aromatic amino acid biosynthesis pathway by which accumulation of L-Phe can partially inhibited some enzyme in its own biosynthesis pathway. Bifunctional enzyme chorismate mutase / prephenate dehydratase (CMPD) encoded by pheA gene is a key enzyme that is sensitive to feedback inhibition mediated by allosteric binding of L-Phe. CMPD contains two catalytic domains for CM and PD activities as well as one regulation (R) domain for binding with L-Phe. To improve the production of L-Phe by metabolic engineering, feedback-resistant pheA (pheAfbr) located at L300D, M302D, L318D, L344D, L359D and L359P were obtained by PCR-driven overlap extension mutagenesis technique. Then pheAfbr was co-expressed with phedh, tktA, glpF, aroB, aroL and yddG gene which encoded phenylalanine dehydrogenase, transketolase, glycerol facilitator, 3-dehydroquinate synthase, shikimate kinase II and aromatic amino acid exporter, respectively. Among these mutated clones, pPTFBLYAL359D clone produced the highest concentration L-Phe in 200 mL shake flask culture containing glycerol as a carbon source  about 135 mg/L which were calculated as 3.78 times in comparison to the L-Phe content of wild-type (pPTFBLYA). Fed-batch in fermentation a 5 L stirred-tank fermenter (37 oC, an aeration rate of 1 vvm, an agitation speed of 400 rpm) was with L-Phe production was carried out using pPTFBLYAL359D clone with addition of new medium at 54 h, the yield of L-Phe production of 176 mg/L was obtained. The maximum L-Phe production of pPTFBLYAL359D clone in the fermenter was 1.3-fold higher than that in shake flask.
Other Abstract: แอลฟีนิลอะลานีน (L-Phe) เป็นกรดอะมิโนจำเป็น ซึ่งถูกใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสารสำคัญในอุตสหกรรมยาและอาหาร ในปัจจุบันความต้องการของ L-Phe เพิ่มมากขึ้นเนื่องมาจากความต้องการที่สูงขึ้นของสารให้ความหวานแอสปาร์แตม การผลิตแอลฟีนิลอะลานีนสามารถทำได้โดยใช้ กระบวนการทางเคมี กระบวนการผลิตโดยเอนไซม์ และ กระบวนการหมักโดยใช้จุลชีพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน Escherichia coli การผลิต L-Phe    อยู่ในวิถีการผลิต กรดอะมิโนที่เป็นวงอะโรมาติก ซึ่ง L-Phe ที่ถูกผลิตขึ้นสามารถเกิดการยับยั้งแบบย้อนกลับเอนไซม์ในกระบวนการผลิตได้ โดย chorismate mutase/prephenate dehydratase (CMPD) ซึ่งเข้ารหัสโดยยีน pheA เป็นเอนไซม์สำคัญที่ถูกยับยั้งแบบย้อนกลับแบบอัลโลสเตอริกที่บริเวณควบคุมของเอนไซม์ CMPD ประกอบด้วยด้วยบริเวณเร่ง 2 โดเมนสำหรับ CM และ PD ตามลำดับ และบริเวณความคุม 1 โดเมนสำหรับการจับของ L-Phe งานวิจัยนี้มีเป้าหมายที่จะเพิ่มการผลิต L-Phe โดยการกลายพันธุ์ยีน pheA เพื่อสร้างยีนที่สามารถต่อต้านการยับยั้งแบบย้อนกลับ (pheAfbr) โดยทำการเปลี่ยนกรดอะมิโนในบริเวณควบคุมได้แก่  L300D, M302D, L318D, L344D, L359D และ L359P จากนั้นทำการแสดงออกร่วมของ pheAfbr กับยีน phedh, tktA, glpF, aroB, aroL และ yddG ซึ่งเข้ารหัสให้ phenylalanine dehydrogenase, transketolase, glycerol facilitator, 3-dehydroquinate synthase, shikimate kinase II  และ  aromatic amino acid exporter ตามลำดับในพลาสมิด pPTFBLYA fbr พบว่าโคลน pPTFBLYAL359D  สามารถผลิต L-Phe ในระดับขวดเขย่าขนาด 200 มิลลิลิตรได้สูงสุดที่ 135 มิลลิกรัมต่อลิตรเมื่อใช้ minimal medium ที่มีกลีเซอรอลเป็นแหล่งคาร์บอนโดยสูงกว่าที่ได้จากโคลน pPTFBLYA ถึง 3.78 เท่า เมื่อทำเลี้ยงโคลน pPTFBLYAL359D ในถังหมักขนาด 5 ลิตรแบบกึ่งกะในภาวะควบคุมอุณหภูมิที่ 37 oซ อัตราการให้อากาศ 1 ปริมาตรอากาศต่อปริมาตรอาหารต่อนาที ความเร็วในการกวน  400 รอบต่อนาทีและเติมอาหารหนึ่งครั้งที่ 54 ชั่วโมง พบว่าปริมาณ L-Phe ที่ผลิตได้สูงสุดเท่ากับ 176 มิลลิกรัมต่อลิตร โดยโคลน pPTFBLYAL359D สามารถผลิต L-Phe ในระดับถังหมักได้สูงขึ้นกว่าการผลิตในขวดเขย่า 1.3 เท่า 
Description: Thesis (M.Sc.)--Chulalongkorn University, 2015
Degree Name: Master of Science
Degree Level: Master's Degree
Degree Discipline: Biotechnology
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/76798
Type: Thesis
Appears in Collections:Sci - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5572024823.pdf5.44 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.