scholarly journals Interpreting the Regulatory Interplay in E. coli Metabolic Pathways

2011 ◽  
pp. 303-312
Author(s):  
Anália Lourenço ◽  
Sónia Carneiro ◽  
José P. Pinto ◽  
Miguel Rocha ◽  
Eugénio C. Ferreira ◽  
...  
Keyword(s):  
Metabolic Pathways ◽  
E Coli

scholarly journals Metabolome and proteome analyses reveal transcriptional misregulation in glycolysis of engineered E. coli

2021 ◽  
Vol 12 (1) ◽  
Author(s):  
Chun-Ying Wang ◽  
Martin Lempp ◽  
Niklas Farke ◽  
Stefano Donati ◽  
Timo Glatter ◽  
...  
Keyword(s):  
Transcription Factor ◽  
Binding Site ◽  
Metabolic Pathways ◽  
Glycerol Production ◽  
Inducible Promoters ◽  
E Coli ◽  
Inhibition Of Glycolysis ◽  
Underlying Mechanisms ◽  
Rate Limiting ◽  
Engineered Bacteria

AbstractSynthetic metabolic pathways are a burden for engineered bacteria, but the underlying mechanisms often remain elusive. Here we show that the misregulated activity of the transcription factor Cra is responsible for the growth burden of glycerol overproducing E. coli. Glycerol production decreases the concentration of fructose-1,6-bisphoshate (FBP), which then activates Cra resulting in the downregulation of glycolytic enzymes and upregulation of gluconeogenesis enzymes. Because cells grow on glucose, the improper activation of gluconeogenesis and the concomitant inhibition of glycolysis likely impairs growth at higher induction of the glycerol pathway. We solve this misregulation by engineering a Cra-binding site in the promoter controlling the expression of the rate limiting enzyme of the glycerol pathway to maintain FBP levels sufficiently high. We show the broad applicability of this approach by engineering Cra-dependent regulation into a set of constitutive and inducible promoters, and use one of them to overproduce carotenoids in E. coli.

Kinetic models of E. coli central metabolic pathways

2008 ◽  
Vol 136 ◽  
pp. S25
Author(s):  
Hongwu Ma ◽  
Igor Goryanin
Keyword(s):  
Kinetic Models ◽  
Metabolic Pathways ◽  
E Coli

Study and characterization of enzymes and metabolic pathways involved in the decomposition of lignin and lignin-derived compounds

2020 ◽  
Author(s):  
Δάφνη Γεωργιάδου
Keyword(s):  
16S Rrna ◽  
Metabolic Pathways ◽  
Brilliant Blue ◽  
Pseudomonas Sp ◽  
E Coli ◽  
Remazol Brilliant Blue R

Η λιγνινοκυτταρινούχος βιομάζα αποτελεί μία άφθονη και ανανεώσιμη πηγή ανηγμένου άνθρακα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή βιοκαυσίμων και χημικών τα οποία μέχρι σήμερα παράγονται από το πετρέλαιο. Στα πλαίσια ενός βιοδιυλιστηρίου δεύτερης γενιάς το λιγνινοκυτταρινούχο φυτικό υλικό υπόκειται αρχικά σε προκατεργασία προκειμένου να απομακρυνθεί η λιγνίνη και να αποκτήσουν τα υδρολυτικά ένζυμα πρόσβαση στους πολυσακχαρίτες του φυτικού κυτταρικού τοιχώματος. Τα υδρολυτικά ένζυμα απελευθερώνουν σάκχαρα τα οποία στη συνέχεια ζυμώνονται από μικροοργανισμούς, προς παραγωγή βιοκαυσίμων και χημικών. Έως σήμερα, η λιγνίνη που απομακρύνεται παραμένει σε μεγάλο ποσοστό ανεκμετάλλευτη, ενώ τα μυκητιακής φύσεως υδρολυτικά ένζυμα που χρησιμοποιούνται, έχουν αυξημένο κόστος παραγωγής και παρουσιάζουν χαμηλή σταθερότητα στις αντίξοες συνθήκες ενός βιοδιυλιστηρίου. Η χρήση βακτηρίων που διαθέτουν μεταβολικά μονοπάτια αποικοδόμησης της λιγνίνης και των παραγώγων της αλλά και η χρήση εξειδικευμένων βακτηριακών ενζύμων διάσπασης της λιγνίνης αποτελούν εναλλακτικές μεθόδους αξιοποίησης της λιγνίνης προς την κατεύθυνση της παραγωγής προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Η χρήση βακτηριακών υδρολυτικών ενζύμων έχει επίσης προταθεί ως εναλλακτική της χρήσης των μυκητιακών, εξαιτίας του χαμηλότερου κόστους παραγωγής των βακτηριακών ενζύμων και της υψηλότερης σταθερότητάς τους σε υψηλές θερμοκρασίες και ακραίες τιμές pH. Ο στόχος αυτής της διατριβής είναι η ανεύρεση νέων βακτηρίων και ενζύμων με ικανότητα αποικοδόμησης της λιγνίνης, η μελέτη του μηχανισμού της βακτηριακής διάσπασης της λιγνίνης και των αρωματικών μονομερών της, και η εξεύρεση βακτηριακών ενζύμων που υδρολύουν την κυτταρίνη και τις ημικυτταρίνες. Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας αναμένεται να βοηθήσουν την προσπάθεια σχεδιασμού αποτελεσματικών μικροβιακών και ενζυμικών βιοκαταλυτών και την εφαρμογή τους για την πλήρη αξιοποίηση της λιγνινοκυτταρινούχου βιομάζας. Για την απομόνωση αερόβιων, μεσόφιλων βακτηρίων με ικανότητα διάσπασης των συστατικών της λιγνινοκυτταρίνης, χρησιμοποιήθηκαν πέντε επιφανειακά εδαφικά δείγματα της περιοχής Λίμνη Κεριού, από το νησί της Ζακύνθου, τα οποία προστέθηκαν σε καλλιέργειες εμπλουτισμού με μοναδικές πηγές άνθρακα και ενέργειας τη λιγνίνη organosolv, την ξυλάνη σημύδας ή την άμορφη κυτταρίνη CMC. Η περιοχή του Κεριού αποτελεί ένα ιδιαίτερο ενδιαίτημα όπου παρατηρείται εκτεταμένη αποικοδόμηση της φυτικής βιομάζας και κατά τόπους φυσική ανάβλυση πετρελαίου με διαπιστωμένα υψηλό ποσοστό αρωματικών υδρογονανθράκων. Από το σύνολο των πέντε εδαφικών δειγμάτων απομονώθηκαν 63 αμιγείς αποικίες, οι οποίες βάση του χαρακτηρισμού του 16S rRNA γονιδίου ανήκουν σε 24 διαφορετικά γένη. Ένα ευρύ φάσμα βακτηρίων που ανήκουν στο γένος Pseudomonas απομονώθηκαν από καλλιέργειες σε λιγνίνη organosolv, και ποικίλα στελέχη που ανήκουν στα φύλα Actinobacteria, Proteobacteria, Bacilli, Sphingobacteriia και Flavobacteria απομονώθηκαν από καλλιέργειες ξυλάνης και κυτταρίνης, με κυρίαρχα τα είδη του γένους Microbacterium. Για τη μελέτη ανάπτυξης των βακτηριακών στελεχών σε υποστρώματα λιγνίνης παρασκευάστηκαν υδρολύματα λιγνίνης από άχυρο καλαμποκιού και σιταριού, χρησιμοποιώντας μία ήπια αλκαλική μέθοδο προκατεργασίας. Παράλληλα, εξετάστηκε η ικανότητα ανάπτυξης των στελεχών σε εμπορικά σκευάσματα λιγνίνης organosolv και kraft λιγνίνης καθώς και σε πρότυπες μονομερείς και διμερείς αρωματικές ενώσεις λιγνίνης. Σημαντικός αριθμός στελεχών αναπτύχθηκαν στα υποστρώματα λιγνίνης από προκατεργασμένα αγροτικά υπολείμματα. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν το στέλεχος Pseudomonas kilonensis ZKA7 το οποίο είναι ικανό να αναπτύσσεται σε λιγνίνη από αλκαλικά προκατεργασμένο άχυρο καλαμποκιού και σιταριού, σε λιγνίνη organosolv, και στα αρωματικά μονομερή φερουλικό, καφεϊκό και βανιλλικό οξύ. Η ανάλυση με NMR πρωτονίων έδειξε ότι το στέλεχος αυτό επιφέρει δομικές αλλαγές στο υδρόλυμα λιγνίνης από προκατεργασμένο άχυρο καλαμποκιού, και συγκεκριμένα μείωση των κορυφών που αντιστοιχούν στα αρωματικά πρωτόνια. Επίσης, το στέλεχος Pseudomonas sp. ZKA12 είναι ικανό να μεταβολίζει μονομερή λιγνίνης τύπου G- και S-, όπως φερουλικό και συρινγκικό οξύ, και μπορεί να αποτελέσει τη βάση για το μελλοντικό σχεδιασμό ενός μικροοργανισμού που θα αποικοδομεί όλα τα δομικά συστατικά της λιγνίνης. Αρκετά στελέχη ήταν ικανά να αποικοδομούν τη CMC κυτταρίνη, την μικροκρυσταλλική κυτταρίνη Avicel και την ξυλάνη σημύδας σε αμιγείς καλλιέργειες, υποδηλώνοντας τη δράση ενδογλουκανασών, εξωγλουκανασών και ξυλανασών, ωστόσο από το σημείο αυτό και έπειτα η έρευνα επικεντρώθηκε στην μελέτη της διάσπασης της λιγνίνης. Τρία οξειδοαναγωγικά ένζυμα του στελέχους ΖΚΑ7 επιλέχθηκαν για τη διερεύνηση της λιγνινολυτικής και οξειδωτικής τους ικανότητας. Συγκεκριμένα, τα ένζυμα αυτά ήταν μία πολυοξειδάση χαλκού (Pk-CopA), μία υπεροξειδάση αποχρωματισμού χρωστικών τύπου Dyp (Pk-DypB) και μία καταλάση-υπεροξειδάση (Pk-katG). Οι ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες παρήχθησαν σε σύστημα υπερέκφρασης E. coli και ο καθαρισμός τους πραγματοποιήθηκε με χρωματογραφία συγγένειας και χρωματογραφία μοριακού αποκλεισμού. Η πρωτεΐνη Pk-CopA είχε χαρακτηριστικά λακκάσης και οξείδωσε τη λιγνίνη από αλκαλικά προκατεργασμένο άχυρο, παρουσία ABTS ως ενδιάμεσου μορίου. Επίσης, εμφάνισε ικανότητα οξείδωσης των αρωματικών μονομερών φερουλικό, καφεϊκό και συρινγκικό οξύ καθώς και της κατεχόλης. Η Pk-CopA είχε ενεργότητα σε ένα μεγαλύτερο εύρος pH σε σχέση με τις περισσότερες βακτηριακές λακκάσες, και επέδειξε υψηλή σταθερότητα σε θερμοκρασίες 60-70°C, και υψηλή σταθερότητα σε αλκαλικό pH, χαρακτηριστικά που καθιστούν το ένζυμο ικανό να αξιοποιηθεί σε διεργασίες ενός βιοδιυλιστηρίου. Η πρωτεΐνη Pk-DypB εμφάνισε άριστο pH δράσης στην όξινη περιοχή, αλλά σε μεγαλύτερη τιμή σε σύγκριση με χαρακτηρισμένες υπεροξειδάσες τύπου dyp, ωστόσο, η σταθερότητά της σε υψηλές θερμοκρασίες και αλκαλικό και όξινο pH ήταν χαμηλότερη από παρόμοια ένζυμα. Υπό τις εξεταζόμενες συνθήκες, δεν ανιχνεύτηκε οξειδωτική δράση έναντι της λιγνίνης που παρασκευάστηκε από αλκαλικά προκατεργασμένο άχυρο. Η πρωτεΐνη Pk-KatG είχε δράση καταλάσης και υπεροξειδάσης ενώ επέδειξε υψηλότερη συγγένεια και καταλυτική ικανότητα έναντι οργανικών υποστρωμάτων υπεροξειδασών , σε σχέση με το υπεροξείδιο υδρογόνου που αποτελεί φυσικό υπόστρωμα για τις καταλάσες. Η Pk-KatG οξείδωσε το πρότυπο αρωματικό υπόστρωμα syringaldazine και τη συνθετική χρωστική Remazol Brilliant Blue R, υποδηλώνοντας πιθανή λιγνινολυτική δράση του ενζύμου. Τέλος, η πρωτεομική ανάλυση του στελέχους Pseudomonas kilonensis ZKA7 έδειξε ότι τα γονίδια που εμπλέκονται σε περιφερειακά και κεντρικά μονοπάτια αποδόμησης αρωματικών μονομερών της λιγνίνης είναι μεταβολικά ενεργά και επάγονται παρουσία λιγνίνης από αλκαλικά προκατεργασμένο άχυρο. Επίσης, η πρωτεομική ανάλυση ανέδειξε την αυξορύθμιση γονιδίων που κωδικοποιούν πρωτεϊνικούς μεταφορείς, μεταγραφικούς παράγοντες, πρωτεΐνες απόκρισης στο οξειδωτικό στρες, οξειδωτικά ένζυμα και πρωτεΐνες άγνωστης έως τώρα λειτουργίας, των οποίων ο ρόλος αναμένεται να διερευνηθεί μέσα από περαιτέρω πειράματα.

scholarly journals Bacillus subtilis Homologs of MviN (MurJ), the Putative Escherichia coli Lipid II Flippase, Are Not Essential for Growth

2009 ◽  
Vol 191 (19) ◽  
pp. 6020-6028 ◽  
Author(s):  
Allison Fay ◽  
Jonathan Dworkin
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Bacillus Subtilis ◽  
Metabolic Pathways ◽  
Growth Defect ◽  
Membrane Translocation ◽  
E Coli ◽  
Peptidoglycan Synthesis ◽  
Lipid Ii

ABSTRACT Although peptidoglycan synthesis is one of the best-studied metabolic pathways in bacteria, the mechanism underlying the membrane translocation of lipid II, the undecaprenyl-disaccharide pentapeptide peptidoglycan precursor, remains mysterious. Recently, it was proposed that the essential Escherichia coli mviN gene encodes the lipid II flippase. Bacillus subtilis contains four proteins that are putatively homologous to MviN, including SpoVB, previously reported to be necessary for spore cortex peptidoglycan synthesis during sporulation. MviN complemented the sporulation defect of a ΔspoVB mutation, and SpoVB and another of the B. subtilis homologs, YtgP, complemented the growth defect of an E. coli strain depleted for MviN. Thus, these B. subtilis proteins are likely to be MviN homologs. However, B. subtilis strains lacking these four proteins have no defects in growth, indicating that they likely do not serve as lipid II flippases in this organism.

scholarly journals A Study of the Short and Long-term Regulation of E. coli Metabolic Pathways

2011 ◽  
Vol 8 (3) ◽  
pp. 195-209 ◽  
Author(s):  
Anália Lourenço ◽  
Sónia Carneiro ◽  
José P. Pinto ◽  
Miguel Rocha ◽  
Eugénio C. Ferreira ◽  
...  
Keyword(s):  
Metabolic Pathways ◽  
Control Cell ◽  
E Coli ◽  
Cell Responses ◽  
Metabolic Functions ◽  
Enzymatic Regulation ◽  
Short And Long Term ◽  
Metabolic Activities ◽  
And Control

Summary The present study addresses the regulatory network of Escherichia coli and offers a global view of the short- and long-term regulation of its metabolic pathways. The regulatory mechanisms responsible for key metabolic activities and the structure behind such mechanisms are detailed. Most metabolic functions are dependent on the activity of transcriptional regulators over gene expression - the so-called long-term regulation. However, enzymatic regulation - the so-called short-term regulation - often overlays transcriptional regulation and even, in particular metabolic pathways, enzymatic regulation may prevail. As such, understanding the balance between these two types of regulation is necessary to be able to predict and control cell responses, specifically cell responses to the various environmental stresses.

scholarly journals Sirtuin Lipoamidase Activity Is Conserved in Bacteria as a Regulator of Metabolic Enzyme Complexes

mBio ◽  
2017 ◽  
Vol 8 (5) ◽  
Author(s):  
Elizabeth A. Rowland ◽  
Todd M. Greco ◽  
Caroline K. Snowden ◽  
Anne L. McCabe ◽  
Thomas J. Silhavy ◽  
...  
Keyword(s):  
Metabolic Pathways ◽  
Tricarboxylic Acid Cycle ◽  
Cellular Metabolism ◽  
Gram Negative Bacteria ◽  
Gram Positive ◽  
E Coli ◽  
Metabolism Regulation ◽  
Entry Points ◽  
Enzyme Complexes

ABSTRACT Lipoic acid is an essential metabolic cofactor added as a posttranslational modification on several multimeric enzyme complexes. These protein complexes, evolutionarily conserved from bacteria to humans, are core regulators of cellular metabolism. While the multistep enzymatic process of adding lipoyl modifications has been well characterized in Escherichia coli, the enzyme required for the removal of these lipoyl moieties (i.e., a lipoamidase or delipoylase) has not yet been identified. Here, we describe our discovery of sirtuins as lipoamidases in bacteria and establish their conserved substrates. Specifically, by using a series of knockout, overexpression, biochemical, in vitro, proteomic, and functional assays, we determined the substrates of sirtuin CobB in E. coli as components of the pyruvate dehydrogenase (PDH), α-ketoglutarate dehydrogenase (KDH), and glycine cleavage (GCV) complexes. In vitro assays provided direct evidence for this specific CobB activity and its NAD+ dependence, a signature of all sirtuins. By designing a targeted quantitative mass spectrometry method, we further measured sirtuin-dependent, site-specific lipoylation on these substrates. The biological significance of CobB-modulated lipoylation was next established by its inhibition of both PDH and KDH activities. By restricting the carbon sources available to E. coli, we demonstrated that CobB regulates PDH and KDH under several growth conditions. Additionally, we found that SrtN, the sirtuin homolog in Gram-positive Bacillus subtilis, can also act as a lipoamidase. By demonstrating the evolutionary conservation of lipoamidase activity across sirtuin homologs, along with the conservation of common substrates, this work emphasizes the significance of protein lipoylation in regulating central metabolic processes. IMPORTANCE Here, we demonstrate that sirtuin lipoamidase activity exists in both Gram-positive and Gram-negative bacteria and establishing its conservation from bacteria to humans. Specifically, we discovered that CobB and SrtN act as lipoamidases in E. coli and B. subtilis, respectively. Intriguingly, not only is this sirtuin enzymatic activity conserved, but also the lipoylated substrates and functions are conserved, as bacterial sirtuins negatively regulate the lipoylation levels and activities of PDH and KDH. Considering that PDH and KDH regulate two carbon entry points into the tricarboxylic acid cycle, our finding highlights lipoylation as a conserved molecular toggle that regulates central metabolic pathways. Indeed, our findings from tests in which we limited nutrient availability support this. Furthermore, this study illustrates how the integration of technologies from different disciplines provides avenues to uncover enzymatic activities at the core of cellular metabolism regulation. IMPORTANCE Here, we demonstrate that sirtuin lipoamidase activity exists in both Gram-positive and Gram-negative bacteria and establishing its conservation from bacteria to humans. Specifically, we discovered that CobB and SrtN act as lipoamidases in E. coli and B. subtilis, respectively. Intriguingly, not only is this sirtuin enzymatic activity conserved, but also the lipoylated substrates and functions are conserved, as bacterial sirtuins negatively regulate the lipoylation levels and activities of PDH and KDH. Considering that PDH and KDH regulate two carbon entry points into the tricarboxylic acid cycle, our finding highlights lipoylation as a conserved molecular toggle that regulates central metabolic pathways. Indeed, our findings from tests in which we limited nutrient availability support this. Furthermore, this study illustrates how the integration of technologies from different disciplines provides avenues to uncover enzymatic activities at the core of cellular metabolism regulation.

scholarly journals YbfA Regulates the Sensitivity of Escherichia coli K12 to Plantaricin BM-1 via the BasS/BasR Two-Component Regulatory System

2021 ◽  
Vol 12 ◽  
Author(s):  
Xinyue Chen ◽  
Yifei Liu ◽  
Junhua Jin ◽  
Hui Liu ◽  
Yanling Hao ◽  
...  
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Cell Membrane ◽  
Metabolic Pathways ◽  
Gram Negative Bacteria ◽  
Two Component System ◽  
Proteomics Analysis ◽  
Component System ◽  
E Coli ◽  
Two Component ◽  
And Function

Plantaricin BM-1, a class IIa bacteriocin produced by Lactobacillus plantarum BM-1, shows obvious antibacterial activity against Escherichia coli. However, the mechanism underlying the action of class IIa bacteriocins against gram-negative bacteria remains to be explored. The purpose of this study was to investigate the role of YbfA, a DUF2517 domain-containing protein, in the response of Escherichia coli K12 to plantaricin BM-1. The growth curve experiment and MIC experiment showed that the sensitivity of E. coli to plantaricin BM-1 was decreased by a ybfA null mutation. Electron microscopy showed that the ybfA null mutation reduced the surface rupture and contraction caused by plantaricin BM-1, and mitigated the effect of plantaricin BM-1 on the morphology of the E. coli cell membrane. Proteomics analysis showed that 323 proteins were differentially expressed in E. coli lacking the ybfA gene (P < 0.05); 118 proteins were downregulated, and 205 proteins were upregulated. The metabolic pathways containing the upregulated proteins mainly included outer membrane proteins, integral components of the plasma membrane, regulation of cell motility, and regulation of locomotion. The metabolic pathways involving the downregulated proteins mainly included outer membrane protein glycine betaine transport, amino-acid betaine transport, and transmembrane signaling receptor activity. The results of the proteomics analysis showed that the protein expression of the BasS/BasR two-component system was significantly increased (P < 0.05). Moreover, the expression levels of downstream proteins regulated by this two-component system were also significantly increased, including DgkA, FliC, and MlaE, which are involved in cell membrane structure and function, and RT-qPCR also confirmed this result. The growth curve showed that the sensitivity of E. coli to plantaricin BM-1 was significantly increased due to deletion of the BasS/BasR two-component system. Thus, deletion of ybfA in E. coli can increase the expression of the BasS/BasR two-component system and positively regulate the structure and function of the cell membrane to reduce the sensitivity to plantaricin BM-1. This will help to explore the mechanism of action of class IIa bacteriocins against gram-negative bacteria.

scholarly journals Peptide Transporter CstA Imports Pyruvate in Escherichia coli K-12

2018 ◽  
Vol 200 (7) ◽  
Author(s):  
Soonkyu Hwang ◽  
Donghui Choe ◽  
Minseob Yoo ◽  
Sanghyuk Cho ◽  
Sun Chang Kim ◽  
...  
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
High Throughput ◽  
Metabolic Pathways ◽  
Genetic Information ◽  
Peptide Transporter ◽  
Pyruvate Metabolism ◽  
Content Type ◽  
E Coli ◽  
Uptake Activity ◽  
K 12

ABSTRACT Pyruvate is an important intermediate of central carbon metabolism and connects a variety of metabolic pathways in Escherichia coli . Although the intracellular pyruvate concentration is dynamically altered and tightly balanced during cell growth, the pyruvate transport system remains unclear. Here, we identified a pyruvate transporter in E. coli using high-throughput transposon sequencing. The transposon mutant library (a total of 5 × 10 5 mutants) was serially grown with a toxic pyruvate analog (3-fluoropyruvate [3FP]) to enrich for transposon mutants lacking pyruvate transport function. A total of 52 candidates were selected on the basis of a stringent enrichment level of transposon insertion frequency in response to 3FP treatment. Subsequently, their pyruvate transporter function was examined by conventional functional assays, such as those measuring growth inhibition by the toxic pyruvate analog and pyruvate uptake activity. The pyruvate transporter system comprises CstA and YbdD, which are known as a peptide transporter and a conserved protein, respectively, whose functions are associated with carbon starvation conditions. In addition to the presence of more than one endogenous pyruvate importer, it has been suggested that the E. coli genome encodes constitutive and inducible pyruvate transporters. Our results demonstrated that CstA and YbdD comprise the constitutive pyruvate transporter system in E. coli , which is consistent with the tentative genomic locus previously suggested and the functional relationship with the extracellular pyruvate sensing system. The identification of this pyruvate transporter system provides valuable genetic information for understanding the complex process of pyruvate metabolism in E. coli . IMPORTANCE Pyruvate is an important metabolite as a central node in bacterial metabolism, and its intracellular levels are tightly regulated to maintain its functional roles in highly interconnected metabolic pathways. However, an understanding of the mechanism of how bacterial cells excrete and transport pyruvate remains elusive. Using high-throughput transposon sequencing followed by pyruvate uptake activity testing of the selected candidate genes, we found that a pyruvate transporter system comprising CstA and YbdD, currently annotated as a peptide transporter and a conserved protein, respectively, constitutively transports pyruvate. The identification of the physiological role of the pyruvate transporter system provides valuable genetic information for understanding the complex pyruvate metabolism in Escherichia coli .

scholarly journals Underground isoleucine biosynthesis pathways in E. coli

eLife ◽  
2020 ◽  
Vol 9 ◽  
Author(s):  
Charles AR Cotton ◽  
Iria Bernhardsgrütter ◽  
Hai He ◽  
Simon Burgener ◽  
Luca Schulz ◽  
...  
Keyword(s):  
Metabolic Pathways ◽  
Biosynthetic Pathway ◽  
Wild Type Strain ◽  
Carbon Sources ◽  
Selective Advantage ◽  
Wild Type ◽  
Anaerobic Conditions ◽  
E Coli ◽  
Fertile Ground ◽  
Isoleucine Biosynthesis

The promiscuous activities of enzymes provide fertile ground for the evolution of new metabolic pathways. Here, we systematically explore the ability of E. coli to harness underground metabolism to compensate for the deletion of an essential biosynthetic pathway. By deleting all threonine deaminases, we generated a strain in which isoleucine biosynthesis was interrupted at the level of 2-ketobutyrate. Incubation of this strain under aerobic conditions resulted in the emergence of a novel 2-ketobutyrate biosynthesis pathway based upon the promiscuous cleavage of O-succinyl-L-homoserine by cystathionine γ-synthase (MetB). Under anaerobic conditions, pyruvate formate-lyase enabled 2-ketobutyrate biosynthesis from propionyl-CoA and formate. Surprisingly, we found this anaerobic route to provide a substantial fraction of isoleucine in a wild-type strain when propionate is available in the medium. This study demonstrates the selective advantage underground metabolism offers, providing metabolic redundancy and flexibility which allow for the best use of environmental carbon sources.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document