En ämnesomsättningsteknisk forskargrupp vid KAIST har utvecklat en konstruerad Corynebacterium glutamicum-stam som kan producera glutarsyra på hög nivå utan biprodukter från glukos. Denna nya strategi kommer att vara användbar för att utveckla konstruerade mikroorganismer för biobaserad produktion av mervärdeskemikalier.

Glutarsyra, även känd som pentandisyra, är en karboxylsyra som används i stor utsträckning för olika tillämpningar, inklusive produktion av polyestrar, polyamider, polyuretaner, glutarsyraanhydrid, 1, 5-pentandiol, och 5-hydroxivalersyra. Glutarsyra har producerats med olika petroleumbaserade kemiska metoder, förlitar sig på icke-förnybara och giftiga utgångsmaterial. Således, olika metoder har tagits för att biologiskt producera glutarsyra från förnybara resurser. Tidigare, utvecklingen av den första glutarsyra som producerar Escherichia coli genom att introducera Pseudomonas putida -gener rapporterades av en forskargrupp från KAIST, men titern var låg. Glutarsyraproduktion av metaboliskt konstruerad Corynebacterium glutamicum har också rapporterats i flera studier, men ytterligare förbättringar i produktionen av glutarsyra verkade vara möjliga eftersom C. glutamicum har förmågan att producera mer än 130 g/L L-lysin.

En forskargrupp bestående av Taehee Han, Gi Bae Kim, och framstående professor Sang Yup Lee vid Institutionen för kemisk och biomolekylär teknik tog upp denna fråga. Deras forskningsrapport "Glutarsyraproduktion genom systematisk metabolisk konstruktion av ett L-lysin-överproducerande Corynebacterium glutamicum, "publicerades online i PNAS den 16 november, 2020.

Denna forskning rapporterar utvecklingen av en metaboliskt konstruerad C. glutamicum -stam som effektivt kan producera glutarsyra, utgående från en L-lysinöverproducerare. Följande nya strategier och metoder för att uppnå produktion av glutarsyra på hög nivå användes. Först, metaboliska vägar i C. glutamicum rekonstituerades för glutarsyraproduktion genom införande av P. putida -gener. Sedan, multi-omics analyser inklusive genom, transkriptom, och fluxom utfördes för att förstå fenotypen av L-lysin-överproducentstammen. Förutom systematisk förståelse av värdstammen, genmanipulationsmål förutspåddes av omics -analyser och tillämpades för teknik C. glutamicum, vilket resulterade i utvecklingen av en konstruerad stam som effektivt kan producera glutarsyra. Vidare, den nya glutarsyraexportören upptäcktes för första gången, som användes för att ytterligare öka produktionen av glutarsyra genom att öka produktutsöndringen. Sist men inte minst, odlingsförhållanden optimerades för produktion av glutarsyra på hög nivå. Som ett resultat, den sista konstruerade stammen kunde producera 105,3 g/L glutarsyra, den högsta titern som någonsin rapporterats, på 69 timmar genom jäsning med matningssats.

Professor Sang Yup Lee sa:"Det är meningsfullt att vi kunde utveckla en högeffektiv glutarsyraproducent som kunde producera glutarsyra vid världens högsta titer utan några biprodukter från förnybara kolkällor. Detta kommer att påskynda den biobaserade produktionen av värdefulla kemikalier inom farmaceutiska/medicinska /kemisk industri. "