En forskargrupp ledd av den framstående professorn Sang-Yup Lee rapporterade framställningen av en mikrobiell stam som klarar av den massiva produktionen av bärnstenssyra med den högsta produktionseffektiviteten hittills. Denna strategi för att integrera systemmetabolism med enzymteknik kommer att vara användbar för produktion av industriellt konkurrenskraftiga biobaserade kemikalier. Deras strategi beskrevs i Naturkommunikation den 23 april.

Den biobaserade produktionen av industrikemikalier från förnybar icke-livsmedelsbiomassa har blivit allt viktigare som ett hållbart substitut för konventionella petroleumbaserade produktionsprocesser som är beroende av fossila resurser. Här, systemmetabolism, som är nyckelkomponenten för bioraffinaderiteknik, används för att effektivt konstruera de komplexa metaboliska vägarna för mikroorganismer för att möjliggöra effektiv produktion av industriella kemikalier.

Bärnstenssyra, en fyrkols dikarboxylsyra, är en av de mest lovande plattformskemikalierna som fungerar som en prekursor för industriellt viktiga kemikalier. Bland mikroorganismer som producerar bärnstenssyra, Mannheimia succiniciproducens har visat sig vara en av de bästa stammarna för framställning av bärnstenssyra.

Forskargruppen har utvecklat en biobaserad bärnstenssyraproduktionsteknologi med användning av M. succiniciproducens-stammen isolerad från vommen på koreanska kor i över 20 år och lyckats utveckla en stam som kan producera bärnstenssyra med högsta produktionseffektivitet.

De utförde systemmetabolisk ingenjörskonst för att optimera bärnstenssyraproduktionsvägen för M. succiniciproducens-stammen genom att bestämma kristallstrukturen för nyckelenzymer som är viktiga för produktion av bärnstenssyra och utföra proteinteknik för att utveckla enzymer med bättre katalytisk prestanda.

Som ett resultat, 134 g per liter bärnstenssyra framställdes genom fermentering av en konstruerad stam med användning av glukos, glycerol, och koldioxid. De kunde uppnå 21 g per liter per timme bärnstenssyraproduktion, vilket är en av nyckelfaktorerna som avgör den ekonomiska genomförbarheten för den övergripande produktionsprocessen. Detta är världens bästa produktionseffektivitet för bärnstenssyra som rapporterats hittills. Tidigare produktionsmetoder var i genomsnitt 1~3 g per liter och timme.

Den framstående professorn Sang Yup Lee förklarade att hans teams arbete väsentligt kommer att bidra till att omvandla den nuvarande petrokemiska industrin till en miljövänlig biobaserad.

"Vår forskning om den mycket effektiva biobaserade produktionen av bärnstenssyra från förnybara icke-livsmedelsresurser och koldioxid har gett en grund för att minska vårt starka beroende av fossila resurser, som är den främsta orsaken till miljökrisen, " sa professor Lee.