Vanillin is one of the world's most important flavor compounds, with a global market of 180 million dollars. Natural vanillin is derived from the cured seed pods of the vanilla orchid (Vanilla planifolia), but most of the world's vanillin is synthesized from petrochemicals or wood pulp lignins. We have established a true de novo biosynthetic pathway for vanillin production from glucose in Schizosaccharomyces pombe, also known as fission yeast or African beer yeast, as well as in baker's yeast, Saccharomyces cerevisiae. Productivities were 65 and 45 mg/liter, after introduction of three and four heterologous genes, respectively. The engineered pathways involve incorporation of 3-dehydroshikimate dehydratase from the dung mold Podospora pauciseta, an aromatic carboxylic acid reductase (ACAR) from a bacterium of the Nocardia genus, and an O-methyltransferase from Homo sapiens. In S. cerevisiae, the ACAR enzyme required activation by phosphopantetheinylation, and this was achieved by coexpression of a Corynebacterium glutamicum phosphopantetheinyl transferase. Prevention of reduction of vanillin to vanillyl alcohol was achieved by knockout of the host alcohol dehydrogenase ADH6. In S. pombe, the biosynthesis was further improved by introduction of an Arabidopsis thaliana family 1 UDPglycosyltransferase, converting vanillin into vanillin ␤-D-glucoside, which is not toxic to the yeast cells and thus may be accumulated in larger amounts. These de novo pathways represent the first examples of one-cell microbial generation of these valuable compounds from glucose. S. pombe yeast has not previously been metabolically engineered to produce any valuable, industrially scalable, white biotech commodity.

CIRANOLe CIRANO est un organisme sans but lucratif constitué en vertu de la Loi des compagnies du Québec. Le financement de son infrastructure et de ses activités de recherche provient des cotisations de ses organisationsmembres, d'une subvention d'infrastructure du ministère de la Recherche, de la Science et de la Technologie, de même que des subventions et mandats obtenus par ses équipes de recherche. CIRANO is a private non-profit organization incorporated under the Résumé / AbstractÀ partir d'un échantillon tiré du National Longitudinal Survey of Youth (NLSY), nous estimons un modèle de programmation dynamique des choix d'éducation en présence d'hétérogénéité non observée dans les capacités scolaires et aptitudes sur le marché de l'emploi. L'utilité instantanée de la fréquentation scolaire ainsi que la fonction de salaire sont évaluées de façon flexible. L'hypothèse nulle que les rendements marginaux de l'éducation sont constants est catégoriquement rejetée en faveur d'une fonction de salaire convexe composée de huit segments de fonction d'approximation spline. Les rendements marginaux s'avèrent être très faibles jusqu'à la onzième année (1 % ou moins par an), augmentent jusqu'à 3,7 % pour la douzième année et dépassent les 10 % pour les années 14 à 16. Le rendement moyen augmente uniformément de 0,4 % (7 ème année) à 4,6 % (16 ème année). La convexité de la fonction de régression logarithmique du salaire implique que ceux qui atteignent un plus haut niveau de scolarisation obtiennent également de meilleurs rendements moyens sur le marché de l'emploi. Nous rejetons l'hypothèse nulle selon laquelle les aptitudes non observées sur le marché du travail ne sont pas corrélées avec les niveaux d'éducation atteints. Ce résultat va à l'encontre de ceux obtenus dans plusieurs études antérieures qui estimaient le rendement de l'éducation par la méthode des MCO. Nous trouvons une corrélation positive entre le niveau de scolarité atteint et les aptitudes sur le marché de l'emploi, confirmant ainsi l'existence d'un «Biais d'aptitude» positif.

BackgroundVanillin is one of the most widely used flavouring agents, originally obtained from cured seed pods of the vanilla orchid Vanilla planifolia. Currently vanillin is mostly produced via chemical synthesis. A de novo synthetic pathway for heterologous vanillin production from glucose has recently been implemented in baker's yeast, Saccharamyces cerevisiae. In this study we aimed at engineering this vanillin cell factory towards improved productivity and thereby at developing an attractive alternative to chemical synthesis.ResultsExpression of a glycosyltransferase from Arabidopsis thaliana in the vanillin producing S. cerevisiae strain served to decrease product toxicity. An in silico metabolic engineering strategy of this vanillin glucoside producing strain was designed using a set of stoichiometric modelling tools applied to the yeast genome-scale metabolic network. Two targets (PDC1 and GDH1) were selected for experimental verification resulting in four engineered strains. Three of the mutants showed up to 1.5 fold higher vanillin β-D-glucoside yield in batch mode, while continuous culture of the Δpdc1 mutant showed a 2-fold productivity improvement. This mutant presented a 5-fold improvement in free vanillin production compared to the previous work on de novo vanillin biosynthesis in baker's yeast.ConclusionUse of constraints corresponding to different physiological states was found to greatly influence the target predictions given minimization of metabolic adjustment (MOMA) as biological objective function. In vivo verification of the targets, selected based on their predicted metabolic adjustment, successfully led to overproducing strains. Overall, we propose and demonstrate a framework for in silico design and target selection for improving microbial cell factories.

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