myo-Inositol oxygenase (Miox) is a rate-limiting enzyme for glucaric acid production via microbial fermentation. The enzyme converts myo-inositol to glucuronate, which is further converted to glucaric acid, a natural compound with industrial uses that range from detergents to pharmaceutical synthesis to polymeric materials. More than 2,000 Miox sequences are available in the Uniprot database but only thirteen are classified as reviewed in Swiss-Prot (August 2019). In this study, sequence similarity networks were used to identify new homologues to be expressed in Saccharomyces cerevisiae for glucaric acid production. The expression of four homologues did not lead to product formation. Some of these enzymes may have a defective "dynamic lid" - a structural feature important to close the reaction site - which might explain the lack of activity. Thirty-one selected Miox sequences did allow for product formation, of which twenty-five were characterized for the first time. Expression of Talaromyces marneffei Miox led to the accumulation of 1.76 ± 0.33 g glucaric acid/L from 20 g glucose/L and 10 g/L myo-inositol. Specific glucaric acid titer with TmMiox increased 44 % compared to the often-used Arabidopsis thaliana variant AtMiox4 (0.258 vs. 0.179 g glucaric acid/g biomass). AtMiox4 activity decreased from 12.47 to 0.40 nmol/min/mg protein when cells exited exponential phase during growth on glucose, highlighting the importance of future research on Miox stability in order to further improve microbial production of glucaric acid.

中文翻译：

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基于序列的肌醇加氧酶 (Miox) 生物勘探揭示了增加酿酒酵母中葡糖二酸产量的新同源物

肌醇加氧酶 (Miox) 是一种通过微生物发酵生产葡萄糖二酸的限速酶。该酶将肌醇转化为葡萄糖醛酸，葡萄糖酸进一步转化为葡糖二酸，这是一种具有工业用途的天然化合物，从洗涤剂到药物合成再到聚合物材料。Uniprot 数据库中有 2,000 多个 Miox 序列，但在 Swiss-Prot（2019 年 8 月）中只有 13 个被归类为审查。在这项研究中，序列相似性网络用于鉴定要在酿酒酵母中表达的用于生产葡糖二酸的新同源物。四种同源物的表达不会导致产物形成。其中一些酶可能具有有缺陷的“动态盖子” - 关闭反应位点的重要结构特征 - 这可能解释了缺乏活性。31 个选定的 Miox 序列确实允许形成产品，其中 25 个是首次表征。Talaromyces marneffei Miox 的表达导致从 20 g 葡萄糖/L 和 10 g/L 肌醇中积累 1.76 ± 0.33 g 葡糖二酸/L。与常用的拟南芥变体 AtMiox4 相比，TmMiox 的特定葡糖二酸滴度增加了 44%（0.258 与 0.179 克葡糖二酸/克生物量）。当细胞在葡萄糖生长期间退出指数期时，AtMiox4 活性从 12.47 降至 0.40 nmol/min/mg 蛋白质，突出了未来研究 Miox 稳定性以进一步提高微生物生产葡萄糖二酸的重要性。31 个选定的 Miox 序列确实允许形成产品，其中 25 个是首次表征。Talaromyces marneffei Miox 的表达导致从 20 g 葡萄糖/L 和 10 g/L 肌醇中积累 1.76 ± 0.33 g 葡糖二酸/L。与常用的拟南芥变体 AtMiox4 相比，TmMiox 的特定葡糖二酸滴度增加了 44%（0.258 与 0.179 克葡糖二酸/克生物量）。当细胞在葡萄糖生长期间退出指数期时，AtMiox4 活性从 12.47 降至 0.40 nmol/min/mg 蛋白质，突出了未来研究 Miox 稳定性以进一步提高微生物生产葡萄糖二酸的重要性。31 个选定的 Miox 序列确实允许形成产品，其中 25 个是首次表征。Talaromyces marneffei Miox 的表达导致从 20 g 葡萄糖/L 和 10 g/L 肌醇中积累 1.76 ± 0.33 g 葡糖二酸/L。与常用的拟南芥变体 AtMiox4 相比，TmMiox 的特定葡糖二酸滴度增加了 44%（0.258 与 0.179 克葡糖二酸/克生物量）。当细胞在葡萄糖生长期间退出指数期时，AtMiox4 活性从 12.47 降至 0.40 nmol/min/mg 蛋白质，突出了未来研究 Miox 稳定性以进一步提高微生物生产葡萄糖二酸的重要性。33 克葡萄糖二酸/升来自 20 克葡萄糖/升和 10 克/升肌醇。与常用的拟南芥变体 AtMiox4 相比，TmMiox 的特定葡糖二酸滴度增加了 44%（0.258 与 0.179 克葡糖二酸/克生物量）。当细胞在葡萄糖生长期间退出指数期时，AtMiox4 活性从 12.47 降至 0.40 nmol/min/mg 蛋白质，突出了未来研究 Miox 稳定性以进一步提高微生物生产葡萄糖二酸的重要性。33 克葡萄糖二酸/升来自 20 克葡萄糖/升和 10 克/升肌醇。与常用的拟南芥变体 AtMiox4 相比，TmMiox 的特定葡糖二酸滴度增加了 44%（0.258 与 0.179 克葡糖二酸/克生物量）。当细胞在葡萄糖生长期间退出指数期时，AtMiox4 活性从 12.47 降至 0.40 nmol/min/mg 蛋白质，突出了未来研究 Miox 稳定性以进一步提高微生物生产葡萄糖二酸的重要性。