Kỹ thuật chuyển hóa chất của Saccharomyces cerevisiae để sản xuất n-butanol

Microbial Cell Factories - Tập 7 Số 1 - 2008
Eric J. Steen1,2, Rossana Chan2,3, Nilu Prasad2,3, Samuel L. Myers2,3, Young-Mo Kim2,3, Alyssa M. Redding2,3, Mario Ouellet2,3, Jay D. Keasling1,2,3
1Department of Bioengineering, University of California, Berkeley, USA
2Joint BioEnergy Institute, Emeryville, USA
3Physical Biosciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, USA

Tóm tắt

Tóm tắt Bối cảnh

Các chi phí năng lượng tăng cao và những mối quan tâm về môi trường đã thúc đẩy việc thiết kế vi sinh vật để sản xuất "nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai" có tính chất tốt hơn so với ethanol.

 Kết quả và Kết luận

Saccharomyces cerevisiae đã được thiết kế với một con đường sinh tổng hợp n-butanol, trong đó các isozyme từ một số sinh vật khác nhau (S. cerevisiae, Escherichia coli, Clostridium beijerinckii, và Ralstonia eutropha) đã được thay thế cho các enzym của Clostridium và tác động của chúng lên sản xuất n-butanol đã được so sánh. Bằng cách chọn các isozyme thích hợp, chúng tôi đã tăng cường sản xuất n-butanol gấp mười lần lên 2.5 mg/L. Các chủng có năng suất cao nhất chứa enzyme dehydrogenase 3-hydroxybutyryl-CoA từ C. beijerinckii, enzyme này sử dụng NADH làm đồng chất, thay vì isozyme từ R. eutropha, sử dụng NADPH, và transferase acetoacetyl-CoA từ S. cerevisiae hoặc E. coli thay vì từ R. eutropha. Đáng ngạc nhiên, việc biểu hiện các gene mã hóa cho butyryl-CoA dehydrogenase từ C. beijerinckii (bcd và etfAB) đã không cải thiện đáng kể sản xuất butanol như đã báo cáo trước đây trên E. coli. Thông qua phân tích chuyển hóa, chúng tôi đã xác định được các bước trong con đường sinh tổng hợp n-butanol là vấn đề lớn nhất và có khả năng cải thiện trong tương lai.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Fortman JL, et al: Biofuel alternatives to ethanol: pumping the microbial well. Trends Biotechnol. 2008, 26 (7): 375-81. 10.1016/j.tibtech.2008.03.008.

Atsumi S, et al: Metabolic engineering of Escherichia coli for 1-butanol production. Metab Eng. 2007

Inui M, et al: Expression of Clostridium acetobutylicum butanol synthetic genes in Escherichia coli. Appl Microbiol Biotechnol. 2008, 77 (6): 1305-16. 10.1007/s00253-007-1257-5.

Ro DK, et al: Production of the antimalarial drug precursor artemisinic acid in engineered yeast. Nature. 2006, 440 (7086): 940-3. 10.1038/nature04640.

Fischer CR, Klein-Marcuschamer D, Stephanopoulos G: Selection and optimization of microbial hosts for biofuels production. Metab Eng. 2008

Lee SY, Lee Y: Metabolic engineering of Escherichia coli for production of enantiomerically pure (R)-(3)-hydroxycarboxylic acids. Appl Environ Microbiol. 2003, 69 (6): 3421-6. 10.1128/AEM.69.6.3421-3426.2003.

Martin VJ, et al: Engineering a mevalonate pathway in Escherichia coli for production of terpenoids. Nat Biotechnol. 2003, 21 (7): 796-802. 10.1038/nbt833.

Yoshikuni Y, et al: Redesigning enzymes based on adaptive evolution for optimal function in synthetic metabolic pathways. Chem Biol. 2008, 15 (6): 607-18. 10.1016/j.chembiol.2008.05.006.

Pitera DJ, et al: Balancing a heterologous mevalonate pathway for improved isoprenoid production in Escherichia coli. Metab Eng. 2007, 9 (2): 193-207. 10.1016/j.ymben.2006.11.002.

Chin JW, et al: Analysis of NADPH supply during xylitol production by engineered Escherichia coli. Biotechnol Bioeng. 2008

Brachmann CB, et al: Designer deletion strains derived from Saccharomyces cerevisiae S288C: a useful set of strains and plasmids for PCR-mediated gene disruption and other applications. Yeast. 1998, 14 (2): 115-32. 10.1002/(SICI)1097-0061(19980130)14:2<115::AID-YEA204>3.0.CO;2-2.

Burke D, Dawson D, Stearns T: Methods in yeast genetics: a Cold Spring Harbor laboratory course manual. 2000, Plainview, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press

Li MZ, Elledge SJ: Harnessing homologous recombination in vitro to generate recombinant DNA via SLIC. Nat Methods. 2007, 4 (3): 251-6. 10.1038/nmeth1010.

Dae-Kyun Ro MO, Eric Paradise, Helcio Burd, Diana Eng, Chris Paddon, Jack Newman, Jay Keasling: Induction of multiple pleiotropic drug resistance genes in yeast engineered to produce an increased level of anti-malarial drug precursor, artemisinic acid. BMC Biotech. 2008, 83-8

Gietz RW: RA Guide to Yeast Genetics and Molecular and Cell Biology. Part B. 2002, 87-96. San Diego, CA: Academic Press Inc

Shimazu M, et al: A sensitive and robust method for quantification of intracellular short-chain coenzyme A esters. Anal Biochem. 2004, 328 (1): 51-9. 10.1016/j.ab.2004.01.025.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Microbial Cell Factories

Tập 7 Số 1

Thông tin tác giả