Engineering photo-methylotrophic Methylobacterium for enhanced 3-hydroxypropionic acid production during non-growth stage fermentation

发酵 代谢工程 光合作用 生物化学 化学 柠檬酸循环 细菌 脂肪酸 甲基杆菌 产量(工程) 生物 新陈代谢 材料科学 16S核糖体RNA 基因 冶金 遗传学
作者
Zengxin Ma,Chen-Xi Feng,Yuanda Song,Jing Sun,Yi Shao,Shuzhen Song,Bin Wan,Qian Zhang,Huan Fan,Kai Bao,Song Yang
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier]
卷期号:393: 130104-130104 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2023.130104
摘要

This study explored the potential of methanol as a sustainable feedstock for biomanufacturing, focusing on Methylobacterium extorquens, a well-established representative of methylotrophic cell factories. Despite this bacterium's long history, its untapped photosynthetic capabilities for production enhancement have remained unreported. Using genome-scale flux balance analysis, it was hypothesized that introducing photon fluxes could boost the yield of 3-hydroxypropionic acid (3-HP), an energy- and reducing equivalent-consuming chemicals. To realize this, M. extorquens was genetically modified by eliminating the negative regulator of photosynthesis, leading to improved ATP levels and metabolic activity in non-growth cells during a two-stage fermentation process. This modification resulted in a remarkable 3.0-fold increase in 3-HP titer and a 2.1-fold increase in its yield during stage (II). Transcriptomics revealed that enhanced light-driven methanol oxidation, NADH transhydrogenation, ATP generation, and fatty acid degradation were key factors. This development of photo-methylotrophy as a platform technology introduced novel opportunities for future production enhancements.
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