Published July 30, 2021 | Version v1
Publication Open

Metabolomic Analysis of Biosynthesis Mechanism of ε-Polylysine Produced by Streptomyces diastatochromogenes

Creators

  • 1. Tianjin University of Science and Technology
  • 2. National Research Centre

Description

ε-Polylysine (ε-PL), a natural preservative with broad-spectrum antimicrobial activity, has been widely used as a green food additive, and it is now mainly produced by Streptomyces in industry. In the previous study, strain 6#-7 of high-yield ε-PL was obtained from the original strain TUST by mutagenesis. However, the biosynthesis mechanism of ε-PL in 6#-7 is still unclear. In this study, the metabolomic analyses of the biosynthesis mechanism of ε-PL in both strains are investigated. Results show that the difference in metabolisms between TUST and 6#-7 is significant. Based on the results of both metabolomic and enzymatic activities, a metabolic regulation mechanism of the high-yield strain is revealed. The transport and absorption capacity for glucose of 6#-7 is improved. The enzymatic activity benefits ε-PL synthesis, such as pyruvate kinase and aspartokinase, is strengthened. On the contrary, the activity of homoserine dehydrogenase in the branched-chain pathways is decreased. Meanwhile, the increase of trehalose, glutamic acid, etc. makes 6#-7 more resistant to ε-PL. Thus, the ability of the mutagenized strain 6#-7 to synthesize ε-PL is enhanced, and it can produce more ε-PLs compared with the original strain. For the first time, the metabolomic analysis of the biosynthesis mechanism of ε-PL in the high-yield strain 6#-7 is investigated, and a possible mechanism is then revealed. These findings provide a theoretical basis for further improving the production of ε-PL.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم استخدام ε - Polylysine (ε - PL)، وهو مادة حافظة طبيعية ذات نشاط مضاد للميكروبات واسع الطيف، على نطاق واسع كمضاف غذائي أخضر، ويتم إنتاجه الآن بشكل رئيسي بواسطة Streptomyces في الصناعة. في الدراسة السابقة، تم الحصول على سلالة 6#-7 من ε - PL عالية الغلة من سلالة TUST الأصلية عن طريق الطفرات. ومع ذلك، فإن آلية التخليق الحيوي لـ ε - PL في 6#-7 لا تزال غير واضحة. في هذه الدراسة، يتم التحقيق في التحليلات الأيضية لآلية التخليق الحيوي لـ ε - PL في كلا السلالتين. تظهر النتائج أن الفرق في الأيض بين TUST و 6#-7 كبير. بناءً على نتائج كل من الأنشطة الأيضية والإنزيمية، يتم الكشف عن آلية تنظيم التمثيل الغذائي للسلالة عالية الغلة. تم تحسين قدرة النقل والامتصاص للجلوكوز من 6#-7. يفيد النشاط الأنزيمي في تخليق ε - PL، مثل كيناز البيروفات والأسبارتوكيناز. على العكس من ذلك، ينخفض نشاط نازعة هيدروجين هوموسيرين في مسارات السلسلة المتفرعة. وفي الوقت نفسه، فإن زيادة التريهالوز وحمض الجلوتاميك وما إلى ذلك تجعل 6#-7 أكثر مقاومة لـ ε - PL. وبالتالي، يتم تعزيز قدرة السلالة المطفرة 6#-7 على تخليق ε - PL، ويمكن أن تنتج المزيد من ε - PLs مقارنة بالسلالة الأصلية. لأول مرة، يتم التحقيق في التحليل الأيضي لآلية التخليق الحيوي لـ ε - PL في سلالة عالية الغلة 6#-7، ثم يتم الكشف عن آلية محتملة. توفر هذه النتائج أساسًا نظريًا لزيادة تحسين إنتاج ε - PL.

Translated Description (French)

l'ε-Polylysine (ε-PL), un conservateur naturel avec une activité antimicrobienne à large spectre, a été largement utilisé comme additif alimentaire vert, et il est maintenant principalement produit par Streptomyces dans l'industrie. Dans l'étude précédente, la souche 6#-7 d'ε-PL à haut rendement a été obtenue à partir de la souche originale TUST par mutagenèse. Cependant, le mécanisme de biosynthèse de l'ε-PL en 6#-7 n'est toujours pas clair. Dans cette étude, les analyses métabolomiques du mécanisme de biosynthèse de l'ε-PL dans les deux souches sont étudiées. Les résultats montrent que la différence de métabolismes entre TUST et 6#-7 est significative. Sur la base des résultats des activités métabolomiques et enzymatiques, un mécanisme de régulation métabolique de la souche à haut rendement est révélé. La capacité de transport et d'absorption du glucose de 6#-7 est améliorée. L'activité enzymatique bénéficie à la synthèse de l'ε-PL, comme la pyruvate kinase et l'aspartokinase. Au contraire, l'activité de l'homosérine déshydrogénase dans les voies à chaîne ramifiée est diminuée. Pendant ce temps, l'augmentation du tréhalose, de l'acide glutamique, etc. rend 6#-7 plus résistant à l'ε-PL. Ainsi, la capacité de la souche mutagénisée 6#-7 à synthétiser l'ε-PL est améliorée, et elle peut produire plus d'ε-PL par rapport à la souche originale. Pour la première fois, l'analyse métabolomique du mécanisme de biosynthèse de l'ε-PL dans la souche à haut rendement 6#-7 est étudiée, puis un mécanisme possible est révélé. Ces résultats fournissent une base théorique pour améliorer davantage la production d'ε-PL.

Translated Description (Spanish)

la ε-polilisina (ε-PL), un conservante natural con actividad antimicrobiana de amplio espectro, se ha utilizado ampliamente como aditivo alimentario verde, y ahora es producida principalmente por Streptomyces en la industria. En el estudio anterior, la cepa 6#-7 de alto rendimiento ε-PL se obtuvo de la cepa original TUST por mutagénesis. Sin embargo, el mecanismo de biosíntesis de ε-PL en 6#-7 aún no está claro. En este estudio se investigan los análisis metabolómicos del mecanismo de biosíntesis de ε-PL en ambas cepas. Los resultados muestran que la diferencia en los metabolismos entre TUST y 6#-7 es significativa. Con base en los resultados de las actividades metabolómicas y enzimáticas, se revela un mecanismo de regulación metabólica de la cepa de alto rendimiento. Se mejora la capacidad de transporte y absorción de glucosa de 6#-7. La actividad enzimática beneficia la síntesis de ε-PL, como la piruvato quinasa y la aspartoquinasa. Por el contrario, la actividad de la homoserina deshidrogenasa en las vías de cadena ramificada disminuye. Mientras tanto, el aumento de trehalosa, ácido glutámico, etc. hace que 6#-7 sea más resistente al ε-PL. Por lo tanto, se mejora la capacidad de la cepa mutagenizada 6#-7 para sintetizar ε-PL y puede producir más ε-PL en comparación con la cepa original. Por primera vez, se investiga el análisis metabolómico del mecanismo de biosíntesis de ε-PL en la cepa de alto rendimiento 6#-7, y luego se revela un posible mecanismo. Estos hallazgos proporcionan una base teórica para mejorar aún más la producción de ε-PL.

Files

pdf.pdf

Files (2.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0f3bb3fa953b8f94ed0834c829e3060c
2.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحليل الاستقلابي لآلية التخليق الحيوي لـ ε - Polylysine التي تنتجها مولدات الكروموسومات المتسلسلة الانبساطية
Translated title (French)
Analyse métabolomique du mécanisme de biosynthèse de l'ε-polylysine produite par Streptomyces diastatochromogenes
Translated title (Spanish)
Análisis metabolómico del mecanismo de biosíntesis de la ε-polilisina producida por Streptomyces diastatochromogenes

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3187609393
DOI
10.3389/fbioe.2021.698022

Is supplement to
https://openalex.org/W4295779760 (Other)
https://openalex.org/W423371831 (Other)
https://openalex.org/W3101161779 (Other)
https://openalex.org/W2916376502 (Other)
https://openalex.org/W2777729175 (Other)
https://openalex.org/W2260452057 (Other)
https://openalex.org/W2093500216 (Other)
https://openalex.org/W2053588008 (Other)
https://openalex.org/W1996644818 (Other)
https://openalex.org/W1965468642 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1887260230
  • https://openalex.org/W1978969687
  • https://openalex.org/W1985675831
  • https://openalex.org/W1989940093
  • https://openalex.org/W1993660246
  • https://openalex.org/W1999438377
  • https://openalex.org/W2005850023
  • https://openalex.org/W2006352464
  • https://openalex.org/W2011762466
  • https://openalex.org/W2022466155
  • https://openalex.org/W2026394670
  • https://openalex.org/W2030539857
  • https://openalex.org/W2034193502
  • https://openalex.org/W2034992849
  • https://openalex.org/W2035248785
  • https://openalex.org/W2067407520
  • https://openalex.org/W2073113240
  • https://openalex.org/W2077735093
  • https://openalex.org/W2089468765
  • https://openalex.org/W2092297920
  • https://openalex.org/W2098006861
  • https://openalex.org/W2106771535
  • https://openalex.org/W2131010051
  • https://openalex.org/W2149169218
  • https://openalex.org/W2165775566
  • https://openalex.org/W2192454018
  • https://openalex.org/W2220880323
  • https://openalex.org/W2319544094
  • https://openalex.org/W2324354598
  • https://openalex.org/W2328932834
  • https://openalex.org/W2339682850
  • https://openalex.org/W2474602301
  • https://openalex.org/W2522339488
  • https://openalex.org/W2756392086
  • https://openalex.org/W2802293430
  • https://openalex.org/W2909305609
  • https://openalex.org/W2947316919
  • https://openalex.org/W2958740534
  • https://openalex.org/W2965483135
  • https://openalex.org/W3014951022
  • https://openalex.org/W3042951927
  • https://openalex.org/W4245969403
  • https://openalex.org/W89974021