通过诱导表达外源性NADPH依赖HBD来产生高布坦醇的工程Clostridium Tyrobutyricum

科学领域:

• 合成生物学 合成生物学
• 代谢工程是代谢工程.
• 微生物生物技术 微生物生物技术

背景情况:

• Clostridium tyrobutyricum 是一个强大的平台,用于butanol生产,但由于乙酸盐和乙醇的联合生产,产量很低.
• 从Clostridium kluyveri中过度表达NADPH依赖的3-甲基CoA脱酶 (HBD) 可以将碳流转向butanol.
• 构成性HBD表达导致氧化还原失衡和生长抑制,限制了布他诺生产的改善.

研究的目的:

• 在Clostridium tyrobutyricum中开发HBD的动态基因表达系统,以优化butanol生产.
• 研究HBD诱导时间对butanol产量,生产力和选择性的影响.
• 评估动态表达系统的可扩展性,用于工业生物butanol应用.

主要方法:

• 设计了一个具有可诱导HBD表达的Clostridium tyrobutyricum菌株 (MΔcat1::adhE2-Pbgal-hbd(Ck)).
• 在37°C和25°C进行了血清瓶发酵,诱导时间不同 (0,12,24小时).
• 将优化过程扩展到一个在37°C的水箱生物反应器.

主要成果:

• 在37°C的12小时 (早期指数阶段) 诱导HBD表达,增加了约20%的butanol产量,87.5%的生产率和52%的选择性.
• 在25°C和12小时的诱导下,达到了23g/L的butanol标位,产量高 (0.32g/g) 和选择性高 (0.83g/g),归因于降低了酸盐的形成.
• 在生物反应器中扩大产量产生了21.8g/L的butanol,提高了生产率 (0.39g/L·h),并保持了高产量 (0.30g/g).

结论:

• 在Clostridium tyrobutyricum中,HBD表达的时间对于平衡氧化还原状态,细胞生长和碳流量分布至关重要.
• 通过可诱导基因表达的动态代谢调节有效地克服了生物butanol生物合成中的瓶.
• 该策略为工业生物butanol生产提供了一个可扩展和经济可行的生物工艺.