Konstrueret C. glutamicum stamme i stand til at producere glutarsyre på højt niveau fra glucose

En forskergruppe for metabolisk ingeniørvidenskab hos KAIST har udviklet en konstrueret Corynebacterium glutamicum-stamme, der er i stand til at producere glutarsyre på højt niveau uden biprodukter fra glucose. Denne nye strategi vil være nyttig til at udvikle konstruerede mikroorganismer til biobaseret produktion af værditilvækstkemikalier.

Glutarsyre, også kendt som pentandisyre, er en carboxylsyre, der er meget udbredt til forskellige anvendelser, herunder produktion af polyestere, polyamider, polyurethaner, glutarsyreanhydrid, 1, 5-pentandiol, og 5-hydroxyvalerianesyre. Glutarsyre er blevet fremstillet ved hjælp af forskellige oliebaserede kemiske metoder, afhængig af ikke-fornyelige og giftige udgangsmaterialer. Dermed, Der er taget forskellige tilgange til biologisk fremstilling af glutarsyre fra vedvarende ressourcer. Tidligere, udviklingen af ​​den første glutarsyreproducerende Escherichia coli ved at introducere Pseudomonas putida-gener blev rapporteret af en forskergruppe fra KAIST, men titeren var lav. Glutarsyreproduktion af metabolisk manipuleret Corynebacterium glutamicum er også blevet rapporteret i flere undersøgelser, men yderligere forbedringer i glutarsyreproduktion syntes mulige, da C. glutamicum har evnen til at producere mere end 130 g/l L-lysin.

En forskergruppe bestående af Taehee Han, Gi Bae Kim, og den fremtrædende professor Sang Yup Lee fra Institut for Kemi og Biomolekylær Teknik behandlede dette spørgsmål. Deres forskningsartikel "Glutarsyreproduktion ved systemmetabolisk konstruktion af en L-lysin-overproducerende Corynebacterium glutamicum, " blev offentliggjort online i PNAS den 16. november, 2020.

Denne forskning rapporterer udviklingen af ​​en metabolisk manipuleret C. glutamicum-stamme, der er i stand til effektivt at producere glutarsyre, startende fra en L-lysin overproducent. Følgende nye strategier og tilgange til at opnå højniveau glutarsyreproduktion blev anvendt. Først, metaboliske veje i C. glutamicum blev rekonstitueret til produktion af glutarsyre ved at indføre P. putida -gener. Derefter, multi-omics analyser, herunder genom, transkriptom, og fluxome blev udført for at forstå fænotypen af ​​L-lysin-overproducerende stamme. Ud over systematisk forståelse af værtsstammen, genmanipulationsmål blev forudsagt af omics-analyser og anvendt til konstruktion af C. glutamicum, hvilket resulterede i udviklingen af ​​en konstrueret stamme, der effektivt kan producere glutarsyre. Desuden, den nye glutarsyreeksportør blev opdaget for første gang, som blev brugt til yderligere at øge produktionen af ​​glutarsyre ved at øge produktudskillelsen. Sidst men ikke mindst, kulturbetingelserne blev optimeret til glutarsyreproduktion på højt niveau. Som resultat, den endelige konstruerede stamme var i stand til at producere 105,3 g/L glutarsyre, den højeste titer nogensinde rapporteret, på 69 timer ved fed-batch fermentering.

Professor Sang Yup Lee sagde, "Det er meningsfuldt, at vi var i stand til at udvikle en højeffektiv glutarsyreproducent, der er i stand til at producere glutarsyre på verdens højeste titer uden biprodukter fra vedvarende kulstofkilder. Dette vil yderligere fremskynde den biobaserede produktion af værdifulde kemikalier inden for farmaceutisk/medicinsk /kemisk industri."