Sustainable Production of l-Homoserine Solely from CO2-Derived Acetate and Formate by Engineered E. coli Strain

高丝氨酸 格式化 化学 乙醛酸循环 发酵 生物化学 拉伤 大肠杆菌 醋酸镉 食品科学 有机化学 群体感应 新陈代谢 生物 催化作用 解剖 毒力 基因
作者
Jianan Zhang,Zizhen Liu,Yihan Wang,Bo Yu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c08299
摘要

l-Homoserine is proven to be a promising precursor for the synthesis of l-phosphinothricin, which is a broad-spectrum herbicide with low toxicity. To enhance the sustainability of the process, the utilization of nonfood carbon sources for l-homoserine production is highly sought-after. Acetate, which can be captured from C1 gases, has the potential to become the most abundant feedstock for biomanufacturing. In this study, we systematically engineered the Escherichia coli strain to generate l-homoserine from acetate. The production of l-homoserine from acetate was initially achieved by deleting branch pathways, activating the glyoxylate shunt, and enhancing the synthetic pathway. The strain's tolerance and acetate assimilation capabilities were strengthened through adaptive laboratory evolution. Reducing the flux toward gluconeogenesis further facilitated the production of l-homoserine. Finally, the engineered strain produced 15.96 g/L l-homoserine solely from CO2-derived acetate and formate in a 5 L fermentor via a fed-batch process. This study provides insights into the development of a low-carbon bioeconomy for the herbicide industry.
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