Figur 1:Ökade mängder succinat produceras baserat på överuttryck av PEPC-gener och höjning av odlingstemperaturen. Upphovsman:Kobe University
Succinat används ofta som en rå ingrediens för petrokemikalier, och det finns stor efterfrågan på ett sätt att producera succinat som är förnybart och miljövänligt. En japansk forskare har upptäckt att produktionen av succinat ökar när cyanobakterier odlas över den idealiska temperaturen för celltillväxt. Han använde insikter i tekniken för metabola vägar för att uppnå världens mest effektiva produktionshastighet för biosuccinat.
Upptäckten gjordes av professor Tomohisa Hasunuma (Kobe University Graduate School of Science, Technology and Innovation) som ett strategiskt grundforskningsprogram för Japans vetenskaps- och teknikbyrå. Fynden publicerades i Metabolisk teknik den 27 maj.
Professor Hasunumas forskargrupp syftade till att hitta reaktionen som fungerar som flaskhalsen i den metabola vägen när CO2 omvandlas till succinat, använd sedan genteknik för att påskynda denna flaskhalsreaktion och öka produktionen av succinat.
Metabolomanalys mäter mängden av de olika metaboliska ämnena i celler, och den kan användas för att uppskatta de metaboliska mellanprodukterna som bidrar till ökad produktion av succinat. Forskargruppen byggde på denna teknologi för att utveckla en dynamisk metabolomanalysteknik som kan observera omsättningen i mängder av intracellulära metaboliter. Genom att tillämpa dynamisk metabolomanalys när de observerade en ökning av succinatproduktionen, de kunde identifiera flaskhalsreaktionen i succinatbiosyntesvägen.
Figur 2:Omvandlingsvägen från koldioxid till succinat:med hjälp av dynamisk metabolomanalys, teamet visade att när Synechocystis odlas vid 37 ℃ aktiveras den metaboliska vägen (röd pil). Kredit:Kobe University
Cyanobakterien som används i denna studie (Synechocystissp. PCC 6803) är en av de mest populära cyanobakterierna för forskning världen över. Teamet fann att den idealiska temperaturen för att göra succinat från denna cyanobakterie är cirka 7 ℃ högre än celltillväxttemperaturen på 30 ℃. Med hjälp av dynamisk metabolomanalys klargjorde de mekanismen för att producera succinat vid höga temperaturer, och visade att PEPC (fosfoenolpyruvat -karboxylas) är involverad i flaskhalsreaktionen. Gruppen utvecklade sedan en rekombinant Synechocystis som har högre PEPC-aktivitet än vildtypen genom genteknik. Genom att förbättra PEPC-reaktionen, och växande cyanobakterier vid 37 ℃, de lyckades höja produktionshastigheten för succinat till 7,5 gånger högre än tidigare studier.
"Den här studien är ett viktigt steg mot att producera biosuccinat från CO2. Vi strävar nu efter att öka produktionen av succinat genom att förfina den metaboliska vägen" kommenterar professor Hasunuma. "Genom att rikta in olika metaboliska system, denna forskningslinje skulle kunna ge stora bidrag i grundforskningen om strukturer för kontroll av metabola vägar, och tillämpad forskning om ämnesproduktion. "
