Efficient Bioproduction of 3-Hydroxypropionic Acid from Methanol by a Synthetic Yeast Cell Factory

生物生产 毕赤酵母 酵母 甲醇 化学 补料分批培养 生物化学 有机化学 食品科学 发酵 重组DNA 基因
作者
Xiaoyan Wu,Peng Cai,Linhui Gao,Yunxia Li,Lun Yao,Yongjin J. Zhou
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (16): 6445-6453 被引量:69
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c00410
摘要

Methanol is an ideal feedstock for bio-manufacturing chemicals without the dependence of sugars and the competition of arable lands. We here engineered an industrial yeast Pichia pastoris to efficiently produce 3-hydroxypropionic acid (3-HP) from sole methanol as a carbon source by using a malonyl-CoA-derived pathway. Optimizing the expression of malonyl-CoA reductase gene MCR from Chloroflexus aurantiacus and enhancing the supply of precursors and NADPH enabled 3-HP production of 1.5 g/L. To avoid the time-consuming genetic manipulation, metabolically transforming a free fatty acid (FFA)-overproducing strain toward 3-HP biosynthesis results in a 3-HP production of 1.9 g/L in a shake flask. Through further downregulation of methanol dissimilation, 3-HP production was improved to 2.2 g/L. Subsequent fed-batch cultivation in bioreactors achieved a remarkable 3-HP production of 48.2 g/L from minimal medium with a yield of 0.23 g/g methanol. Notably, this represents the highest reported 3-HP production from one-carbon (C1) feedstocks and is comparable to that from sugar in yeast. The high-level 3-HP production from methanol highlights the potential of P. pastoris as a workhorse for methanol biotransformation. Furthermore, the strategies presented in this study could be applied for production of other acetyl-CoA derivatives from methanol in P. pastoris.
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