Systems metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for high-level production of 1,3-propanediol from glucose and xylose

谷氨酸棒杆菌 代谢工程 木糖 生物化学 甘油 化学 发酵 代谢途径 1,3-丙二醇 新陈代谢 基因
作者
Zihua Li,Yufei Dong,Yu Liu,Xuecong Cen,Dehua Liu,Zhen Chen
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:70: 79-88 被引量:71
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2022.01.006
摘要

Corynebacterium glutamicum is a versatile chassis which has been widely used to produce various amino acids and organic acids. In this study, we report the development of an efficient C. glutamicum strain to produce 1,3-propanediol (1,3-PDO) from glucose and xylose by systems metabolic engineering approaches, including (1) construction and optimization of two different glycerol synthesis modules; (2) combining glycerol and 1,3-PDO synthesis modules; (3) reducing 3-hydroxypropionate accumulation by clarifying a mechanism involving 1,3-PDO re-consumption; (4) reducing the accumulation of toxic 3-hydroxypropionaldehyde by pathway engineering; (5) engineering NADPH generation pathway and anaplerotic pathway. The final engineered strain can efficiently produce 1,3-PDO from glucose with a titer of 110.4 g/L, a yield of 0.42 g/g glucose, and a productivity of 2.30 g/L/h in fed-batch fermentation. By further introducing an optimized xylose metabolism module, the engineered strain can simultaneously utilize glucose and xylose to produce 1,3-PDO with a titer of 98.2 g/L and a yield of 0.38 g/g sugars. This result demonstrates that C. glutamicum is a potential chassis for the industrial production of 1,3-PDO from abundant lignocellulosic feedstocks.
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