Een onderzoeksgroep bij KAIST heeft een gemanipuleerde E. coli-stam ontwikkeld die mierenzuur en CO . omzet ₂ pyruvaat en produceert cellulaire energie uit mierenzuur via gereconstrueerde één-koolstofroutes. De strategie die in deze studie wordt beschreven, biedt een nieuw platform voor het produceren van chemicaliën met toegevoegde waarde uit één-koolstofbronnen.

Mierenzuur is een carbonzuur dat bestaat uit één koolstofatoom. Mierenzuur werd geproduceerd uit CO ₂ door de chemische methode. Onlangs, het C1 Gas Refinery R&D Centre heeft met succes een biologisch proces ontwikkeld dat voor het eerst mierenzuur produceert uit koolmonoxide. Mierenzuur is in vloeibare toestand bij kamertemperatuur en atmosferische druk. In aanvulling, het is chemisch stabiel en minder giftig, dus, gemakkelijk op te bergen en te vervoeren. Daarom, het kan worden gebruikt als een alternatieve koolstofbron in het microbiële fermentatieproces. Om chemicaliën met toegevoegde waarde te produceren met behulp van mierenzuur, een metabolische route die mierenzuur omzet in cellulaire moleculen die uit meerdere koolstofatomen bestaan, is vereist. Echter, er is nog geen metabolische route ontwikkeld die mierenzuur efficiënt kan omzetten in cellulaire moleculen. Dit vormde een obstakel voor de productie van chemicaliën met toegevoegde waarde met behulp van mierenzuur

Een onderzoeksgroep van Ph.D. student Junho Bang en Distinguished Professor Sang Yup Lee van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering van het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hebben dit probleem besproken. Deze studie, getiteld "Assimilatie van mierenzuur en CO ₂ door Engineered Escherichia coli Uitgerust met gereconstrueerde One-Carbon Assimilation Pathways, " is online gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences op 18 sept.

Er is een toenemende belangstelling voor het gebruik van mierenzuur als alternatieve koolstofbron voor de productie van chemicaliën met toegevoegde waarde. Dit onderzoek rapporteert de ontwikkeling van een gemanipuleerde E. coli-stam die mierenzuur en CO . kan omzetten ₂ pyruvaat en productie van cellulaire energie uit mierenzuur via de gereconstrueerde één-koolstofroutes.

De metabole route die mierenzuur en CO . efficiënt omzet ₂ in pyruvaat werd geconstrueerd door het gecombineerde gebruik van de tetrahydrofolaatcyclus en omgekeerde glycinesplitsingsreactie. De tetrahydrofolaatcyclus werd gereconstrueerd door gebruik te maken van Methylobacterium extorquens formiaat-THF-ligase, methenyl-THF-cyclohydrolase, en methyleen-THF-dehydrogenase. De glycine-splitsingsreactie werd omgekeerd door het uitschakelen van het repressorgen (gcvR) en het tot overexpressie brengen van de gcvTHP-genen die coderen voor enzymen die verband houden met de glycine-splitsingsreactie. Mierenzuur en CO ₂ conversie naar pyruvaat werd verhoogd via metabolische engineering van de E. coli-stam uitgerust met de een-koolstofassimilatieroute.

In aanvulling, om het glucoseverbruik te verminderen en het mierenzuurverbruik te verhogen, Candida boidnii-formiaatdehydrogenase werd bovendien geïntroduceerd om een ​​cellulaire energieproducerende route uit mierenzuur te construeren. Dit vermindert het glucoseverbruik en verhoogt het mierenzuurverbruik.

De gereconstrueerde één-koolstofroutes kunnen cellulaire moleculen en cellulaire energieën leveren uit het mierenzuur en CO ₂ . Dus, de gemanipuleerde E. coli-stam uitgerust met het mierenzuur en CO ₂ assimilatieroute en cellulaire energieproducerende route van mierenzuur toonden celgroei van mierenzuur en CO ₂ zonder glucose. De celgroei werd gevolgd en 13C-isotoopanalyse werd uitgevoerd om de groei van E. coli van het mierenzuur en CO te bevestigen ₂ . Het bleek dat de gemanipuleerde E. coli-stam de celgroei van het mierenzuur en CO . aanhield ₂ zonder glucose.

Professor Lee zei:"Om het C1-raffinaderijsysteem te bouwen, er moet een platformstam worden ontwikkeld die materialen met één koolstofatoom kan omzetten in materialen met een hoger koolstofgehalte. In dit rapport wordt een één-koolstofroute die mierenzuur en CO . efficiënt kan omzetten ₂ tot pyruvaat werd ontwikkeld en een cellulaire energieproducerende route uit mierenzuur werd geïntroduceerd. Dit resulteerde in een gemanipuleerde E. coli-stam die mierenzuur efficiënt kan gebruiken als koolstofbron, terwijl het glucoseverbruik werd verminderd. De gereconstrueerde één-koolstofroutes in dit onderzoek zullen nuttig zijn voor de constructie van het C1-raffinaderijsysteem."