The cofactor challenge in synthetic methylotrophy: bioengineering and industrial applications

甲醇 辅因子 吡咯喹啉醌 化学 NAD+激酶 生物生产 生化工程 动力学 代谢工程 原材料 生物催化 组合化学 生物化学 有机化学 反应机理 催化作用 工程类 物理 量子力学
作者
Jan Lukas Krüsemann,Vittorio Rainaldi,Charles A. R. Cotton,Nico J. Claassens,Steffen N. Lindner
出处
期刊:Current Opinion in Biotechnology [Elsevier BV]
卷期号:82: 102953-102953 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.copbio.2023.102953
摘要

Methanol is a promising feedstock for industrial bioproduction: it can be produced renewably and has high solubility and limited microbial toxicity. One of the key challenges for its bio-industrial application is the first enzymatic oxidation step to formaldehyde. This reaction is catalysed by methanol dehydrogenases (MDH) that can use NAD+, O2 or pyrroloquinoline quinone (PQQ) as an electron acceptor. While NAD-dependent MDH are simple to express and have the highest energetic efficiency, they exhibit mediocre kinetics and poor thermodynamics at ambient temperatures. O2-dependent methanol oxidases require high oxygen concentrations, do not conserve energy and thus produce excessive heat as well as toxic H2O2. PQQ-dependent MDH provide a good compromise between energy efficiency and good kinetics that support fast growth rates without any drawbacks for process engineering. Therefore, we argue that this enzyme class represents a promising solution for industry and outline engineering strategies for the implementation of these complex systems in heterologous hosts.
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