Engineering Corynebacterium glutamicum for methanol-dependent growth and glutamate production

甲醇 甲基营养素 代谢工程 木糖 生物生产 谷氨酸棒杆菌 生物转化 化学 甲醇脱氢酶 生物化学 有机化学 发酵 基因
作者
Philibert Tuyishime,Yu Wang,Liwen Fan,Qiongqiong Zhang,Qinggang Li,Ping Zheng,Jibin Sun,Yanhe Ma
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:49: 220-231 被引量:102
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2018.07.011
摘要

Methanol is a promising feedstock for bioproduction of fuels and chemicals, thus massive efforts have been devoted to engineering non-native methylotrophic platform microorganisms to utilize methanol. Herein, we rationally designed and experimentally engineered the industrial workhorse Corynebacterium glutamicum to serve as a methanol-dependent synthetic methylotroph. The cell growth of the methanol-dependent strain relies on co-utilization of methanol and xylose, and most notably methanol is an indispensable carbon source. Due to the methanol-dependent characteristic, adaptive laboratory evolution was successfully applied to improving methanol utilization. The evolved mutant showed a 20-fold increase in cell growth on methanol-xylose minimal medium and utilized methanol and xylose with a high mole ratio of 3.83:1. 13C-labeling experiments demonstrated that the carbon derived from methanol was assimilated into intracellular building blocks, high-energy carriers, cofactors, and biomass (up to 63% 13C-labeling). By inhibiting cell wall biosynthesis, methanol-dependent glutamate production was also achieved, demonstrating the potential application in bioconversion of methanol into useful chemicals. Genetic mutations detected in the evolved strains indicate the importance of intracellular NAD+/NADH ratio, substrate uptake, and methanol tolerance on methanol utilization. This study reports significant improvement in the area of developing fully synthetic methylotrophs.

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