Recent progress in microbial production of D-aspartate.

چکیده اصلی

D-Aspartate (D-Asp) is a bioactive compound involved in neuroendocrine regulation and reproductive function in animals, including humans, with tissue-protective effects reported in experimental models, and has potential applications as a raw material for pharmaceuticals and functional food ingredients. It is also used as a side-chain precursor for semisynthetic antibiotics. An established industrial process for D-Asp uses enzymatic conversion by immobilized microbial cells with chemically synthesized D,L-Asp as the starting material and is constrained by dependence on chemical feedstock synthesis. Sustainable alternatives have therefore attracted attention: whole-cell bioconversion of exogenously supplied L-Asp has been demonstrated, whereas de novo production from a renewable carbon source has not yet been reported. This mini-review briefly notes the physiological and industrial contexts that motivate microbial production, and then focuses on the functions, biosynthesis, metabolism, and transport of D-Asp in microorganisms. We further discuss the screening of high-D-Asp-producing microorganisms using a high-throughput colorimetric assay based on D-aspartate oxidase, together with the molecular and cultivation characteristics of the strains identified. These studies indicate that racemization mediated by aspartate racemase, precursor supply via L-asparaginase, competing metabolism associated with bifunctional aspartate aminotransferase, and pH control during cultivation influence extracellular D-Asp accumulation; the contribution of membrane transport remains unresolved. Finally, we highlight the identification of D-Asp exporters, metabolic engineering of production strains, and optimization of cultivation processes as key future priorities for establishing a sustainable and reproducible fermentation platform for D-Asp production.

ترجمه فارسی چکیده

D-آسپارتات (D-Asp) یک ترکیب فعال زیستی است که در تنظیم نورواندوکرین و عملکرد تولیدمثل در جانوران، از جمله انسان‌ها نقش دارد و اثرات حفاظتی بافت در مدل‌های تجربی گزارش شده است. این ماده همچنین به عنوان پیش‌ساز زنجیره جانبی برای آنتی‌بیوتیک‌های نیمه‌سنتزی استفاده می‌شود. فرآیند صنعتی موجود برای D-Asp به تبدیل آنزیمی با سلول‌های میکروبی ثابت‌شده با D,L-Asp سنتزی به عنوان ماده اولیه وابسته است. بنابراین، جایگزین‌های پایدار توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند: تبدیل بیولوژیک سلول کامل از L-Asp تزریقی نشان داده شده است، در حالی که تولید از منبع کربن تجدیدپذیر تاکنون گزارش نشده است. این مرور کوتاه به زمینه‌های فیزیولوژیک و صنعتی که تولید میکروبی را تشویق می‌کنند، و سپس به توابع، بیوسنتز، متابولیسم و حمل و نقل D-Asp در میکروارگانیسم‌ها می‌پردازد. ما همچنین بررسی میکروارگانیسم‌های تولیدکننده D-Asp بالا با استفاده از تست رنگی با سرعت بالا مبتنی بر D-آسپارتات اکسیداز، همراه با ویژگی‌های مولکولی و کشت استراین‌های شناسایی شده را بحث می‌کنیم. این مطالعات نشان می‌دهند که رانمیزاسیون mediated by aspartate racemase، تأمین پیش‌ساز از طریق L-asparaginase، متابولیسم رقابتی مرتبط با aspartate aminotransferase دوکاره، و کنترل pH در حین کشت بر تجمع D-Asp خارج سلولی تأثیر می‌گذارند؛ نقش حمل و نقل غشایی هنوز حل نشده است. در نهایت، ما شناسایی D-Asp exporters، مهندسی متابولیسم استراین‌های تولیدکننده و بهینه‌سازی فرآیند کشت را به عنوان اولویت‌های آینده کلیدی برای ایجاد یک پلتفرم فنآوری کشت پایدار و قابل تکرار برای تولید D-Asp برجسته می‌کنیم.

متن کامل اصلی