Light‐Dependent and Aeration‐Independent Gram‐Scale Hydroxylation of Cyclohexane to Cyclohexanol by CYP450 Harboring Synechocystis sp. PCC 6803

化学 基质(水族馆) 羟基化 联合囊肿 生物转化 单加氧酶 光化学 有机化学 生物化学 生物 细胞色素P450 突变体 生态学 基因
作者
Anna Hoschek,Jörg Toepel,Adrian Tüllinghoff,Rohan Karande,Bruno Bühler,Andreas Schmid
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:14 (8) 被引量:55
标识
DOI:10.1002/biot.201800724
摘要

Oxygenase‐containing cyanobacteria constitute promising whole‐cell biocatalysts for oxyfunctionalization reactions. Photosynthetic water oxidation thereby delivers the required cosubstrates, that is activated reduction equivalents and O 2 , sustainably. A recombinant Synechocystis sp. PCC 6803 strain showing unprecedentedly high photosynthesis‐driven oxyfunctionalization activities is developed, and its technical applicability is evaluated. The cells functionally synthesize a heterologous cytochrome P450 monooxygenase enabling cyclohexane hydroxylation. The biocatalyst‐specific reaction rate is found to be light‐dependent, reaching 26.3 ± 0.6 U g CDW −1 (U = μmol min −1 and cell dry weight [CDW]) at a light intensity of 150 µmol photons m −2 s −1 . In situ substrate supply via a two‐liquid phase system increases the initial specific activity to 39.2 ± 0.7 U g CDW −1 and stabilizes the biotransformation by preventing cell toxification. This results in a tenfold increased specific product yield of 4.5 g cyclohexanol g CDW −1 as compared to the single aqueous phase system. Subsequently, the biotransformation is scaled from a shake flask to a 3 L stirred‐tank photobioreactor setup. In situ O 2 generation via photosynthetic water oxidation allows a nonaerated process operation, thus circumventing substrate evaporation as the most critical factor limiting the process performance and stability. This study for the first time exemplifies the technical applicability of cyanobacteria for aeration‐independent light‐driven oxyfunctionalization reactions involving highly toxic and volatile substrates.
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