Een onderzoeksgroep voor metabolische engineering bij KAIST heeft een gemanipuleerde Corynebacterium glutamicum-stam ontwikkeld die in staat is glutaarzuur op hoog niveau te produceren zonder bijproducten van glucose. Deze nieuwe strategie zal nuttig zijn voor de ontwikkeling van gemanipuleerde micro-organismen voor de biogebaseerde productie van chemicaliën met toegevoegde waarde.

glutaarzuur, ook bekend als pentaandizuur, is een carbonzuur dat veel wordt gebruikt voor verschillende toepassingen, waaronder de productie van polyesters, polyamiden, polyurethaan, glutaarzuuranhydride, 1, 5-pentaandiol, en 5-hydroxyvaleriaanzuur. Glutaarzuur is geproduceerd met behulp van verschillende op aardolie gebaseerde chemische methoden, afhankelijk van niet-hernieuwbare en giftige grondstoffen. Dus, er zijn verschillende benaderingen gevolgd om glutaarzuur biologisch te produceren uit hernieuwbare bronnen. Eerder, de ontwikkeling van de eerste glutaarzuurproducerende Escherichia coli door introductie van Pseudomonas putida-genen werd gerapporteerd door een onderzoeksgroep van KAIST, maar de titer was laag. De productie van glutaarzuur door metabolisch gemanipuleerde Corynebacterium glutamicum is ook gemeld in verschillende onderzoeken, maar verdere verbeteringen in de productie van glutaarzuur leken mogelijk aangezien C. glutamicum het vermogen heeft om meer dan 130 g/L L-lysine te produceren.

Een onderzoeksgroep bestaande uit Taehee Han, Gi Bae Kim, en Distinguished Professor Sang Yup Lee van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering spraken over deze kwestie. Hun onderzoekspaper "Glutaarzuurproductie door systeemmetabolische engineering van een L-lysine-overproducerende Corynebacterium glutamicum, " werd online gepubliceerd in PNAS op 16 november, 2020.

Dit onderzoek rapporteert de ontwikkeling van een metabolisch gemanipuleerde C. glutamicum-stam die in staat is om efficiënt glutaarzuur te produceren, uitgaande van een L-lysine overproducer. De volgende nieuwe strategieën en benaderingen om glutaarzuurproductie op hoog niveau te bereiken, werden gebruikt. Eerst, metabole routes in C. glutamicum werden gereconstitueerd voor de productie van glutaarzuur door P. putida-genen te introduceren. Vervolgens, multi-omics-analyses inclusief genoom, transcriptoom, en fluxome werden uitgevoerd om het fenotype van de L-lysine-overproducer-stam te begrijpen. Naast systematisch begrip van de gastheerstam, doelwitten voor genmanipulatie werden voorspeld door omics-analyses en toegepast voor engineering C. glutamicum, wat resulteerde in de ontwikkeling van een gemanipuleerde stam die in staat is om efficiënt glutaarzuur te produceren. Verder, de nieuwe glutaarzuurexporteur werd voor het eerst ontdekt, die werd gebruikt om de productie van glutaarzuur verder te verhogen door de productuitscheiding te verbeteren. Tenslotte, kweekomstandigheden werden geoptimaliseerd voor de productie van glutaarzuur op hoog niveau. Als resultaat, de laatste gemanipuleerde stam was in staat om 105,3 g/L glutaarzuur te produceren, de hoogste titer ooit gerapporteerd, in 69 uur door fed-batch fermentatie.

Professor Sang Yup Lee zei:"Het is zinvol dat we een zeer efficiënte glutaarzuurproducent hebben kunnen ontwikkelen die in staat is glutaarzuur te produceren met 's werelds hoogste titer zonder enige bijproducten van hernieuwbare koolstofbronnen. Dit zal de biogebaseerde productie van waardevolle chemicaliën in farmaceutische/medische /chemische industrieën."