N-acetylglucosamine (GlcNAc) is a nitrogen-containing compound, which is widely used as a nutraceutical and pharmaceutical. In our previous work, we constructed a recombinant Bacillus subtilis strain for the biosynthesis of GlcNAc by engineering the central carbon metabolism. However, nitrogen is also required for the synthesis of GlcNAc. Hence, it is necessary to simultaneously coordinate the carbon and nitrogen metabolism to improve production of GlcNAc. In this work, we attempted to enhance GlcNAc production in B. subtilis by increasing supply of precursors N-acetylglucosamine 6-phosphate (GlcNAc6P) and glutamate. The expression of a key enzyme, GlcNAc6P N-acetyltransferase (GNA1), was enhanced by engineering the promoter and ribosome binding site to enhance the production of GlcNAc6P. Next, we examined the effect of different nitrogen sources on GlcNAc synthesis. We observed that urea can promote nitrogen assimilation for GlcNAc synthesis. The glutamate synthesis was improved by deleting the two endogenous glutamate dehydrogenase genes (rocG and gudB) and by integrating one exogenous glutamate dehydrogenase gene (gdh). This strategy enhanced the intracellular glutamate and glutamine by 69.8% and 46.9%, respectively. The synergetic engineering of central carbon and nitrogen metabolisms increased the GlcNAc titer from 14.0 to 22.2 g/L in the shaker flask. Hence, our study demonstrated the importance of carbon and nitrogen metabolism coordination in the production of nitrogen-containing compounds.

中文翻译：

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中央碳和氮代谢的协同工程，用于在枯草芽孢杆菌中产生N-乙酰氨基葡萄糖。

N-乙酰氨基葡萄糖（GlcNAc）是一种含氮化合物，被广泛用作营养食品和药物。在我们以前的工作中，我们通过工程化中央碳代谢构建了用于生物合成GlcNAc的重组枯草芽孢杆菌菌株。但是，GlcNAc的合成也需要氮。因此，有必要同时协调碳和氮的代谢以提高GlcNAc的产量。在这项工作中，我们试图通过增加前体N-乙酰氨基葡萄糖6-磷酸（GlcNAc6P）和谷氨酸的供应来提高枯草芽孢杆菌中GlcNAc的产量。通过设计启动子和核糖体结合位点以增强GlcNAc6P的产生，可以增强关键酶GlcNAc6P N-乙酰基转移酶（GNA1）的表达。下一个，我们研究了不同氮源对GlcNAc合成的影响。我们观察到尿素可以促进GlcNAc合成中的氮同化作用。通过缺失两个内源性谷氨酸脱氢酶基因（rocG和gudB）和整合一个外源性谷氨酸脱氢酶基因（gdh），改善了谷氨酸的合成。该策略使细胞内谷氨酸和谷氨酰胺分别提高了69.8％和46.9％。中央碳和氮代谢的协同工程将摇瓶中的GlcNAc滴度从14.0增加到22.2 g / L。因此，我们的研究证明了碳和氮代谢协调在生产含氮化合物中的重要性。通过缺失两个内源性谷氨酸脱氢酶基因（rocG和gudB）并整合一个外源性谷氨酸脱氢酶基因（gdh），改善了谷氨酸的合成。该策略使细胞内谷氨酸和谷氨酰胺分别提高了69.8％和46.9％。中央碳和氮代谢的协同工程将摇瓶中的GlcNAc滴度从14.0增加到22.2 g / L。因此，我们的研究证明了碳和氮代谢协调在生产含氮化合物中的重要性。通过缺失两个内源性谷氨酸脱氢酶基因（rocG和gudB）并整合一个外源性谷氨酸脱氢酶基因（gdh），改善了谷氨酸的合成。该策略使细胞内谷氨酸和谷氨酰胺分别提高了69.8％和46.9％。中央碳和氮代谢的协同工程将摇瓶中的GlcNAc滴度从14.0增加到22.2 g / L。因此，我们的研究证明了碳和氮代谢协调在生产含氮化合物中的重要性。中央碳和氮代谢的协同工程使摇瓶中的GlcNAc滴度从14.0增加到22.2 g / L。因此，我们的研究证明了碳和氮代谢协调在生产含氮化合物中的重要性。中央碳和氮代谢的协同工程将摇瓶中的GlcNAc滴度从14.0增加到22.2 g / L。因此，我们的研究证明了碳和氮代谢协调在生产含氮化合物中的重要性。