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Fast growth and high-titer bioproduction from renewable formate via metal-dependent formate dehydrogenase in Escherichia coli

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作者
Aidan E. Cowan,Mason Hillers,Vittorio Rainaldi,Florent Collas,Hemant Choudhary,Basem S. Zakaria,Gregory Guerra,David N. Carruthers,Maxwell Grabovac,Jennifer Gin,Bridgie Cawthon,Yan Chen,Emine Akyüz Turumtay,Edward E. K. Baidoo,Christopher J. Petzold,Adam M. Feist,Sara Tejedor-Sanz,Frank Kensy,Blake A. Simmons,Jay D. Keasling
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 5908-5908 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-025-61001-y
摘要

Abstract Microbial bioproduction using one-carbon (C1) feedstocks has the potential to decarbonize the manufacturing of materials, fuels, and chemicals. Formate is a promising C1 feedstock, and the realization of industrial, formatotrophic platform organisms is a key goal for C1-based bioproduction. So far, a major limitation for synthetic formatotrophy has been slow energy supply due to slow formate dehydrogenase activity. Here, we implement a fast, metal-dependent formate dehydrogenase complex in a synthetic formatotrophic Escherichia coli utilizing the reductive glycine pathway. After a short-term evolution, we demonstrate formatotrophic growth of E. coli with a doubling time of less than 4.5 h, comparable to the fastest natural formatotrophs. To further explore the potential of a formate-based bioeconomy, this strain is engineered to produce mevalonate, as well as the terpenoid and aviation fuel precursor isoprenol, using formate we generate directly from the electrochemical reduction of CO 2 . This work demonstrates an improvement in bioproduct titer from formate, achieving the production of 3.8 g/L of mevalonate. Additionally, the abundant and recalcitrant polymer lignin is chemically decomposed into a formate-rich mixture of small organic acids and subsequently bioconverted into mevalonate. Overall, the described fast-growing, formatotrophic bioproduction strain demonstrates that a sustainable formate bioeconomy is within reach.
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