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The Physiological Responses of Escherichia coli Triggered by Phosphoribulokinase (PrkA) and Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase (Rubisco)

鲁比斯科 丙酮酸羧化酶 大肠杆菌 生物化学 加氧酶 核酮糖 异源的 固碳 生物 磷酸烯醇丙酮酸羧激酶 化学 光合作用 基因
作者
En‐Jung Liu,I-Ting Tseng,Yi‐Ling Chen,Ju-Jiun Pang,Zhi-Xuan Shen,Siyu Li
出处
期刊:Microorganisms [MDPI AG]
卷期号:8 (8): 1187-1187 被引量:4
标识
DOI:10.3390/microorganisms8081187
摘要

Phosphoribulokinase (PrkA) and ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) have been proposed to create a heterologous Rubisco-based engineered pathway in Escherichia coli for in situ CO2 recycling. While the feasibility of a Rubisco-based engineered pathway has been shown, heterologous expressions of PrkA and Rubisco also induced physiological responses in E. coli that may compete with CO2 recycling. In this study, the metabolic shifts caused by PrkA and Rubisco were investigated in recombinant strains where ppc and pta genes (encodes phosphoenolpyruvate carboxylase and phosphate acetyltransferase, respectively) were deleted from E. coli MZLF (E. coli BL21(DE3) Δzwf, ΔldhA, Δfrd). It has been shown that the demand for ATP created by the expression of PrkA significantly enhanced the glucose consumptions of E. coli CC (MZLF Δppc) and E. coli CA (MZLF Δppc, Δpta). The accompanying metabolic shift is suggested to be the mgsA route (the methylglyoxal pathway) which results in the lactate production for reaching the redox balance. The overexpression of Rubisco not only enhanced glucose consumption but also bacterial growth. Instead of the mgsA route, the overproduction of the reducing power was balanced by the ethanol production. It is suggested that Rubisco induces a high demand for acetyl-CoA which is subsequently used by the glyoxylate shunt. Therefore, Rubisco can enhance bacterial growth. This study suggests that responses induced by the expression of PrkA and Rubisco will reach a new energy balance profile inside the cell. The new profile results in a new distribution of the carbon flow and thus carbons cannot be majorly directed to the Rubisco-based engineered pathway.

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