Acetyl-CoA synthesis through a bicyclic carbon-fixing pathway in gas-fermenting bacteria

固碳 代谢途径 代谢工程 化学 生物化学 柠檬酸循环 发酵 乙酰辅酶A 甲戊酸途径 生物信息学 新陈代谢 生物合成 光合作用 基因
作者
Chao Wu,Jonathan Lo,Chris Urban,Xiang Gao,Bin Yang,Jonathan R. Humphreys,Shrameeta Shinde,Xin Wang,Katherine Chou,Pin‐Ching Maness,Nicolas Tsesmetzis,David Parker,Wei Xiong
出处
期刊:Nature Synthesis [Springer Nature]
卷期号:1 (8): 615-625 被引量:16
标识
DOI:10.1038/s44160-022-00095-4
摘要

Gas-fermenting acetogens can upgrade one-carbon (C1) compounds (such as CO2 and CO) to the two-carbon (C2) metabolite acetyl coenzyme A (CoA) and convert sugar feedstocks to acetyl-CoA with minimal CO2 emissions. Fulfilling the biosynthetic potential of these microbes requires overcoming challenges in pathway engineering. Here we design a synthetic acetyl-CoA bi-cycle—in addition to the natural carbon-fixing pathways—for C2 metabolite synthesis. This pathway produces an acetyl-CoA by fixation of two CO2 equivalents via three functional modules acting in sequence: carbon fixation, gluconeogenesis and non-oxidative glycolysis. The pathway was examined by in silico thermodynamic and kinetic analyses. The prototypic pathway was implemented in a syngas-fermenting organism, Clostridium ljungdahlii DSM 13528, by expressing a heterologous phosphoketolase that can work with other native enzymes in the host acetogen. The carbon conversion pathway is possible under various growth conditions and is independent of the Wood–Ljungdahl pathway for the valorization of H2 and CO2. This study reports the improvement of carbon conversion using a reductive acetyl-CoA bi-cycle and the potential impact of redox homoeostasis in the acetogenic host for industrial applications of gas fermentation.
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