使用Cupriavidus necator H16进行自动和异构的2,3-butanediol生产的菌株和模型开发

科学领域:

• 生物技术和代谢工程 生物技术和代谢工程
• 可持续的化学和可再生能源.

背景情况:

• 平台化工生产对于后化石经济至关重要.
• 乙和2,3-butanediol是可以从可再生资源中获得的关键平台化学物质.
• 此前,Cupriavidus necator 已经被改造为高效的乙生产.

研究的目的:

• 开发一种Cupriavidus necator菌株,从二氧化碳中高效自性生产2,3-butanediol.
• 评估不同的等离子体骨干和butanediol脱酶,以优化基于CO2的2,3-butanediol合成.
• 开发一个数学模型来模拟和分析生产过程.

主要方法:

• 使用果糖和二氧化碳分别进行乙和2,3-butanediol的异构和自营生产.
• 使用pBBR1等离子体和Enterobacter cloacae butanediol dehydrogenase对Cupriavidus necator进行基因工程.
• 发酵实验和数学建模用于量化产品产量,生产力和基质利用率.

主要成果:

• 改造品种产生了2,3-butanediol作为主要产品,异质性产量为88.11%.
• 自营养生产实现了39.45毫克L-1h-1的体积生产率和81.6%的产品总碳产量.
• 这种菌株的H2效率为33.46%,其特异性生产率为0.016g/g/h. 成功开发了一个数学模型来模拟这个过程.

结论:

• 开发的菌株有效地从CO2,H2和O2中产生2,3-butanediol,展示了可持续化学制造的潜力.
• 丁二醇脱酶的整合增强了基于二氧化碳的生产能力.
• 数学模型为流程优化和未来生物生产研究提供了宝贵的工具.