Assimileringsvägar för myrsyra och CO2 som består av den rekonstruerade THF-cykeln och omvänd glycin-klyvningsreaktion. Detta schematiska diagram visar assimileringsförfarandet för myrsyra och CO2 genom vägen. Plasmider som används i denna studie och den genteknik som utförs i denna studie illustreras. Kredit:KAIST
En forskargrupp vid KAIST har utvecklat en konstruerad E. coli-stam som omvandlar myrsyra och CO 2 att pyruvatera och producerar cellulär energi från myrsyra genom rekonstruerade enkolsvägar. Strategin som beskrivs i denna studie ger en ny plattform för att producera förädlade kemikalier från enkolskällor.
Myrsyra är en karboxylsyra som består av ett kol. Myrsyra producerades från CO 2 genom den kemiska metoden. Nyligen, C1 Gas Refinery R&D Center har framgångsrikt utvecklat en biologisk process som producerar myrsyra från kolmonoxid för första gången. Myrsyra är i flytande tillstånd vid rumstemperatur och atmosfärstryck. Dessutom, det är kemiskt stabilt och mindre giftigt, Således, lätt att förvara och transportera. Därför, det kan användas som en alternativ kolkälla i den mikrobiella fermenteringsprocessen. För att producera förädlade kemikalier med hjälp av myrsyra, en metabolisk väg som omvandlar myrsyra till cellulära molekyler som består av flera kolatomer krävs. Dock, en metabolisk väg som effektivt kan omvandla myrsyra till cellulära molekyler har inte utvecklats. Detta fungerade som ett hinder för produktion av mervärdeskemikalier med myrsyra
En forskargrupp av Ph.D. student Junho Bang och framstående professor Sang Yup Lee vid institutionen för kemi- och biomolekylär teknik vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) tog upp denna fråga. Den här studien, med titeln "Assimilering av myrsyra och CO 2 av Engineered Escherichia coli utrustad med rekonstruerade enkolassimileringsvägar, "har publicerats online i Proceedings of the National Academy of Sciences den 18 september.
Intresset har ökat för att använda myrsyra som en alternativ kolkälla för produktion av mervärdeskemikalier. Denna forskning rapporterar utvecklingen av en konstruerad E. coli -stam som kan omvandla myrsyra och CO 2 att pyruvatera och producera cellulär energi från myrsyra genom de rekonstruerade enkolsvägarna.
Den metaboliska vägen som effektivt omvandlar myrsyra och CO 2 i pyruvat konstruerades genom den kombinerade användningen av tetrahydrofolatcykeln och omvänd glycin -klyvningsreaktion. Tetrahydrofolatcykeln rekonstruerades genom att använda Methylobacterium extorquens formiat-THF-ligas, metenyl-THF-cyklohydrolas, och metylen-THF-dehydrogenas. Glycin -klyvningsreaktionen reverserades genom att slå ut repressorgenen (gcvR) och överuttrycka gcvTHP -generna som kodar för enzymer relaterade till glycin -klyvningsreaktionen. Myrsyra och CO 2 omvandlingen till pyruvat ökades via metabolisk ingenjörskonst av E. coli-stammen utrustad med en-kol-assimileringsvägen.
Dessutom, för att minska glukoskonsumtionen och öka myrsyraförbrukningen, Candida boidnii formiat dehydrogenas infördes dessutom för att konstruera en cellulär energiproducerande väg från myrsyra. Detta minskar glukosförbrukningen och ökar myrsyraförbrukningen.
De rekonstruerade enkolsvägarna kan tillföra cellulära molekyler och cellulära energier från myrsyra och CO 2 . Således, den konstruerade E. coli-stammen utrustad med myrsyra och CO 2 assimileringsväg och cellulär energiproducerande väg från myrsyra visade celltillväxt från myrsyra och CO 2 utan glukos. Celltillväxt övervakades och 13C isotopanalys utfördes för att bekräfta E. coli-tillväxt från myrsyra och CO 2 . Det visade sig att den konstruerade E. coli -stammen upprätthöll celltillväxt från myrsyra och CO 2 utan glukos.
Professor Lee sa, "För att konstruera C1-raffinaderisystemet, en plattformsstam som kan omvandla material med ett kol till material med högre koldioxid måste utvecklas. I denna rapport, en enkolsväg som effektivt kan omvandla myrsyra och CO 2 till pyruvat utvecklades och en cellulär energiproducerande väg från myrsyra introducerades. Detta resulterade i en konstruerad E. coli-stam som effektivt kan använda myrsyra som kolkälla samtidigt som glukoskonsumtionen minskade. De rekonstruerade enkolsvägarna i denna forskning kommer att vara användbara för konstruktionen av C1-raffinaderisystemet."
