Phosphate limitation increases coenzyme Q10 production in industrial Rhodobacter sphaeroides HY01

球形红杆菌 辅酶Q10 磷酸盐 生物化学 发酵 化学 生产过剩 食品科学 新陈代谢 光合作用
作者
Lu Zhang,Leshi Liu,Kefeng Wang,Lan Xu,Liming Zhou,Weishan Wang,Chuan Li,Zheng Xu,Tong Shi,Weishan Wang,Yuanhang Li,Hui Xu,Xiuliang Yang,Zhichun Zhu,Biqin Chen,Dan Li,Guanghuang Zhan,Siliang Zhang,Lixin Zhang,Gao‐Yi Tan
出处
期刊:Synthetic and Systems Biotechnology [Elsevier]
卷期号:4 (4): 212-219 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.synbio.2019.11.001
摘要

Coenzyme Q10 (CoQ10) is an important component of the respiratory chain in humans and some bacteria. As a high-value-added nutraceutical antioxidant, CoQ10 has excellent capacity to prevent cardiovascular disease. The content of CoQ10 in the industrial Rhodobacter sphaeroides HY01 is hundreds of folds higher than normal physiological levels. In this study, we found that overexpression or optimization of the synthetic pathway failed CoQ10 overproduction in the HY01 strain. Moreover, under phosphate- limited conditions (decreased phosphate or in the absence of inorganic phosphate addition), CoQ10 production increased significantly by 12% to220 mg/L, biomass decreased by 12%, and the CoQ10 productivity of unit cells increased by 27%. In subsequent fed-batch fermentation, CoQ10 production reached 272 mg/L in the shake-flask fermentation and 1.95 g/L in a 100-L bioreactor under phosphate limitation. Furthermore, to understand the mechanism associated with CoQ10 overproduction under phosphate- limited conditions, the comparatve transcriptome analysis was performed. These results indicated that phosphate limitation combined with glucose fed-batch fermentation represented an effective strategy for CoQ10 production in the HY01. Phosphate limitation induced a pleiotropic effect on cell metabolism, and that improved CoQ10 biosynthesis efficiency was possibly related to the disturbance of energy metabolism and redox potential.

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