Succinaat wordt veel gebruikt als grondstof voor petrochemicaliën, en er is veel vraag naar een manier om succinaat te produceren die hernieuwbaar en milieuvriendelijk is. Een Japanse onderzoeker heeft ontdekt dat de productie van succinaat toeneemt wanneer cyanobacteriën worden gekweekt boven de ideale temperatuur voor celgroei. Hij gebruikte inzichten in de metabole route-engineering om 's werelds meest efficiënte productiesnelheid voor biosuccinaat te bereiken.

De ontdekking werd gedaan door professor Tomohisa Hasunuma (Kobe University Graduate School of Science, Technology and Innovation) als een strategisch basisonderzoeksprogramma van het Japan Science and Technology Agency. De bevindingen zijn gepubliceerd in Metabolische techniek op 27 mei.

Het onderzoeksteam van professor Hasunuma probeerde de reactie te vinden die fungeert als de bottleneck in de metabole route wanneer CO2 wordt omgezet in succinaat, gebruik vervolgens genetische manipulatie om deze bottleneckreactie te versnellen en de productie van succinaat te verhogen.

Metaboloomanalyse meet de hoeveelheden van de verschillende metabole stoffen in cellen, en het kan worden gebruikt om de metabole tussenproducten te schatten die bijdragen aan een verhoogde productie van succinaat. Het onderzoeksteam bouwde voort op deze technologie om een ​​dynamische metaboloomanalysetechniek te ontwikkelen die de omzet in hoeveelheden intracellulaire metabolieten kan observeren. Door dynamische metaboloomanalyse toe te passen wanneer ze een toename van de succinaatproductie waarnamen, ze waren in staat om de bottleneckreactie in de succinaatbiosyntheseroute te identificeren.

De cyanobacterie die in dit onderzoek is gebruikt (Synechocystissp. PCC 6803) is een van de meest populaire cyanobacteriën voor onderzoek wereldwijd. Het team ontdekte dat de ideale temperatuur voor het maken van succinaat van deze cyanobacterie ongeveer 7 hoger is dan de celgroeitemperatuur van 30 . Met behulp van dynamische metaboloomanalyse verduidelijkten ze het mechanisme voor het produceren van succinaat bij hoge temperaturen, en toonde aan dat PEPC (fosfoenolpyruvaatcarboxylase) betrokken is bij de bottleneckreactie. De groep ontwikkelde vervolgens een recombinante Synechocystis die een hogere PEPC-activiteit heeft dan het wildtype door middel van genetische manipulatie. Door de PEPC-reactie te verbeteren, en groeiende cyanobacteriën bij 37℃, ze slaagden erin om de productiesnelheid van succinaat te verhogen tot 7,5 keer hoger dan eerdere studies.

"Deze studie is een belangrijke stap in de richting van de productie van bio-succinaat uit CO2. We willen nu de productie van succinaat verhogen door de metabolische route te verfijnen", zegt professor Hasunuma. "Door zich op verschillende metabole systemen te richten, deze onderzoekslijn zou een grote bijdrage kunnen leveren aan fundamenteel onderzoek naar structuren voor de controle van metabole routes, en toegepast onderzoek naar de productie van stoffen."