Efficient conversion of hemicellulose into high-value product and electric power by enzyme-engineered bacterial consortia

半纤维素 木聚糖 生物量(生态学) 化学 大肠杆菌 生物化学 纤维素 生物 生态学 基因
作者
Bo Liang,Jing Yang,Chen-Fei Meng,Yaru Zhang,Lu Wang,Li Zhang,Jia Liu,Zhen-Chao Li,Serge Cosnier,Aihua Liu,Jianming Yang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 8764-8764 被引量:24
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53129-0
摘要

As an abundant agricultural and forestry biomass resource, hemicelluloses are hard to be effectively degraded and utilized by microorganisms due to the constraints of membrane and metabolic regulations. Herein, we report a synthetic extracellular metabolic pathway with hemicellulose-degrading-enzymes controllably displayed on Escherichia coli surface as engineered bacterial consortia members for efficient utilization of xylan, the most abundant component in hemicellulose. Further, we develop a hemicellulose/O2 microbial fuel cell (MFC) configuring of enzyme-engineered bacterial consortia based bioanode and bacterial-displayed laccase based biocathode. The optimized MFC exhibited an open-circuit voltage of 0.71 V and a maximum power density (Pmax) of 174.33 ± 4.56 µW cm-2. Meanwhile, 46.6% (w/w) α-ketoglutarate was produced in this hemicellulose fed-MFC. Besides, the MFC retained over 95% of the Pmax during 6 days' operation. Therefore, this work establishes an effective and sustainable one-pot process for catalyzing renewable biomass into high-value products and electricity in an environmentally-friendly way.
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