Lycopene is red-colored open-chain unsaturated carotenoid, which is an intermediate compound for many isoprenoid derivatives. Lycopene biosynthesis genes (crtE, crtB and crtI) of Erwinia uredovora was introduced into Escherichia coli for the efficient production of lycopene. In addition, the dxs gene involving in the biosynthesis of lycopene precursor (IPP) was co-overexpressed with lycopene biosynthesis genes. While 226.38 mg/L of lycopene was obtained by DO-stat fermentation of metabolically engineered E. coli, lycopene content was still low (4.83 mg/g DCW). It might be due to insufficient supply of lycopene precursors such as G3P and pyruvate. Therefore, amplification of glycolytic flux and Entner-Doudoroff pathway flux through overexpression of related enzymes fba and tpiA for glycolysis, eda for ED pathway was examined. As a result, 13.25 mg/L of lycopene was produced with 9.84 mg/g of lycopene content when eda was co-overexpressed with dxs in E. coli. These results showed that the amplification of ED pathway is a good strategy for the efficient production of isoprenoids by allowing the increase of precursor supply.
라이코펜은 붉은 색을 띄는 불포화 아이소프레노이드로써 다양한 아이소프레노이드를 생산하는 중간체이다. 라이코펜의 효율적인 생산을 위해 Erwinia uredovora로부터 라이코펜의 생산에 필수적인 crtE, crtB, crtI 유전자를 클로닝하고, 아이소프레노이드의 전구체인 IPP(isopentenyl pyrophosphate)를 증가시킬 수 있는 대장균의 dxs 유전자를 클로닝하여 다른 세개의 유전자들과 동시에 대장균에서 발현시켰다. 대사공학적으로 재조합된 대장균을 이용하여 DO-stat cultivation을 실시한 결과 226.38 mg/L 의 라이코펜을 얻을 수 있었으나, 라이코펜의 함유량은 여전히 낮았다. 이는 글리세르알데히드 3-인산과 피루브산과 같은 전구체의 비효율적인 공급에 기인한 것으로 여겨진다. 그러므로, 글리세르알데히드 3-인산과 피루브산의 효과적인 공급을 위해 포도당 분해회로의 flux와 Entner-Doudoroff 회로의 flux (포도당 분해 회로의 Fba 와 TpiA, ED 회로의 eda)를 증가시켜 보았다. 그 결과 eda 유전자를 dxs 유전자와 동시에 발현시켰을 때 9.84 mg/g 의 라이코펜 함유량을 가진 13.29 mg/L 의 라이코펜이 생산되어졌다. 이 결과는 ED 회로의 eda 유전자를 발현시키는 것이 라이코펜의 전구체의 풀을 늘려 줌으로써 아이소프레노이드의 효율적인 생산을 위한 대사공학적 전략임을 제시하였다.
