Co-immobilization of whole cells and enzymes by covalent organic framework for biocatalysis process intensification

生物催化 生物制造 生物转化 化学 固定化酶 级联 纳米技术 催化作用 材料科学 生物化学 生物技术 生物 离子液体 色谱法 发酵
作者
Zhenjie Zhang,Yunlong Zheng,Jun‐Jie Tan,Zhenjie Zhang,He Huang,Yao Chen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49831-8
摘要

Abstract Co-immobilization of cells and enzymes is often essential for the cascade biocatalytic processes of industrial-scale feasibility but remains a vast challenge. Herein, we create a facile co-immobilization platform integrating enzymes and cells in covalent organic frameworks (COFs) to realize the highly efficient cascade of inulinase and E. coli for bioconversion of natural products. Enzymes can be uniformly immobilized in the COF armor, which coats on the cell surface to produce cascade biocatalysts with high efficiency, stability and recyclability. Furthermore, this one-pot in situ synthesis process facilitates a gram-scale fabrication of enzyme-cell biocatalysts, which can generate a continuous-flow device conversing inulin to D-allulose, achieving space-time yield of 161.28 g L −1 d −1 and high stability (remaining >90% initial catalytic efficiency after 7 days of continuous reaction). The created platform is applied for various cells (e.g., E. coli , Yeast) and enzymes, demonstrating excellent universality. This study paves a pathway to break the bottleneck of extra- and intracellular catalysis, creates a high-performance and customizable platform for enzyme-cell cascade biomanufacturing, and expands the scope of biocatalysis process intensification.
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