Konstrueret E. coli ved hjælp af myresyre og CO2 som en C1-raffinaderiplatformstamme

En forskergruppe ved KAIST har udviklet en konstrueret E. coli-stamme, der omdanner myresyre og CO ₂ at pyruvate og producerer cellulær energi fra myresyre gennem rekonstruerede one-carbon-baner. Strategien beskrevet i denne undersøgelse giver en ny platform til fremstilling af værditilvækstkemikalier fra en-kulstofkilder.

Myresyre er en carboxylsyre sammensat af et kulstof. Myresyre blev produceret fra CO ₂ ved den kemiske metode. For nylig, C1 Gas Refinery R&D Center har med succes udviklet en biologisk proces, der producerer myresyre fra kulilte for første gang. Myresyre er i flydende tilstand ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk. Ud over, det er kemisk stabilt og mindre giftigt, dermed, nem at opbevare og transportere. Derfor, det kan bruges som en alternativ kulstofkilde i den mikrobielle fermenteringsproces. For at producere værditilvækstkemikalier ved hjælp af myresyre, en metabolisk vej, der omdanner myresyre til cellulære molekyler sammensat af flere kulstofatomer, er påkrævet. Imidlertid, en metabolisk vej, der effektivt kan omdanne myresyre til cellulære molekyler, er ikke blevet udviklet. Dette fungerede som en hindring for produktion af værdiskabende kemikalier ved hjælp af myresyre

En forskergruppe af ph.d. studerende Junho Bang og fornemme professor Sang Yup Lee fra Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik ved Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) behandlede dette problem. Dette studie, med titlen "Assimilation af myresyre og CO ₂ af Engineered Escherichia coli Udstyret med rekonstruerede One-Carbon Assimilation Pathways, "er blevet offentliggjort online i Proceedings of the National Academy of Sciences den 18. september.

Der har været stigende interesse for at bruge myresyre som en alternativ kulstofkilde til fremstilling af værdiskabende kemikalier. Denne forskning rapporterer udviklingen af ​​en konstrueret E. coli-stamme, der kan omdanne myresyre og CO ₂ at pyruvere og producere cellulær energi fra myresyre gennem de rekonstruerede carbon-veje.

Den metaboliske vej, der effektivt omdanner myresyre og CO ₂ til pyruvat blev konstrueret ved den kombinerede anvendelse af tetrahydrofolatcyklussen og omvendt glycin-spaltningsreaktion. Tetrahydrofolat-cyklussen blev rekonstrueret ved at bruge Methylobacterium extorquens formiat-THF-ligase, methenyl-THF cyclohydrolase, og methylen-THF dehydrogenase. Glysinspaltningsreaktionen blev vendt ved at slå repressorgenet (gcvR) ud og overudtrykke gcvTHP-generne, der koder for enzymer relateret til glycin-spaltningsreaktionen. Myresyre og CO ₂ omdannelse til pyruvat blev forøget via metabolisk konstruktion af E. coli-stammen udstyret med en-carbon-assimileringsvejen.

Ud over, for at reducere glukoseforbruget og øge myresyreforbruget, Candida boidnii formiat dehydrogenase blev yderligere introduceret for at konstruere en cellulær energiproducerende vej fra myresyre. Dette reducerer glukoseforbruget og øger myresyreforbruget.

De rekonstruerede one-carbon-baner kan levere cellulære molekyler og cellulære energier fra myresyren og CO ₂ . Dermed, den konstruerede E. coli -stamme udstyret med myresyre og CO ₂ assimileringsvej og cellulær energiproducerende vej fra myresyre viste cellevækst fra myresyre og CO ₂ uden glukose. Cellevækst blev overvåget, og 13C isotopanalyse blev udført for at bekræfte E. coli-vækst fra myresyren og CO ₂ . Det blev fundet, at den konstruerede E. coli-stamme holdt cellevækst fra myresyren og CO ₂ uden glukose.

Professor Lee sagde, "For at konstruere C1-raffinaderisystemet, Der skal udvikles en platformsstamme, der kan omdanne materialer med et kulstof til materialer med højere kulstof. I denne rapport, en en-carbon-vej, der effektivt kan omdanne myresyre og CO ₂ til pyruvat blev udviklet og en cellulær energiproducerende vej fra myresyre blev introduceret. Dette resulterede i en konstrueret E. coli-stamme, der effektivt kan udnytte myresyre som kulstofkilde, mens glukoseforbruget blev reduceret. De rekonstruerede carbonhydrider i denne forskning vil være nyttige til konstruktionen af ​​C1-raffinaderisystemet. "