Enzyme-Assisted Microbial Electrosynthesis of Poly(3-hydroxybutyrate) via CO2 Bioreduction by Engineered Ralstonia eutropha

格式化 甲酸脱氢酶 雷斯顿 化学 固碳 钩虫贪铜菌 电合成 电子转移 辅因子 鲁比斯科 组合化学 催化作用 生物化学 光化学 有机化学 二氧化碳 电化学 细菌 生物 羟基烷酸 电极 物理化学 遗传学
作者
Xiaoli Chen,Yingxiu Cao,Feng Li,Yao Tian,Hao Song
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:8 (5): 4429-4437 被引量:151
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b00226
摘要

Microbial electrosynthesis (MES) is a promising technology to reduce carbon dioxide using inward electron transfer mechanisms to synthesize value-added chemicals with microorganisms as electrocatalysts and electrons from cathodes as reducing equivalents. To enhance CO2 assimilation in Ralstonia eutropha, a formate dehydrogenase (FDH) assisted MES system was constructed, in which FDH catalyzed the reduction of CO2 to formate in the cathodic chamber. Formate served as the electron carrier to transfer electrons derived from cathodes into R. eutropha. To enable efficient formation of formate from CO2, neutral red (NR) was used to facilitate the extracellular regeneration of NADH, the cofactor of FDH. Meanwhile, NR also played an essential role as electron shuttle to directly deliver electrons from cathodes into R. eutropha to increase the level of intracellular reducing equivalents, thus facilitating the efficiency of MES. On the other hand, the Calvin–Benson–Bassham (CBB) cycle was further engineered by the heterologous expression of the ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) in R. eutropha, which strengthened the CBB pathway for CO2 fixation. Upon application of the cathode potential at −0.6 V (vs Ag/AgCl) in the MES system with the genetically engineered R. eutropha, 485 ± 13 mg/L poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) was obtained, which was ∼3 times that synthesized by the control (165 ± 8 mg/L), i.e., the wild-type R. eutropha in the absence of FDH and NR.
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