Direct biosynthesis of adipic acid from lignin-derived aromatics using engineered Pseudomonas putida KT2440

己二酸 恶臭假单胞菌 木质素 化学 发酵 代谢工程 工业发酵 生物化学 生物合成 有机化学 代谢途径 新陈代谢
作者
Wei Niu,Howard Willett,Joshua Mueller,Xinyuan He,Levi Kramer,Bin Ma,Jiantao Guo
出处
期刊:Metabolic Engineering [Elsevier BV]
卷期号:59: 151-161 被引量:72
标识
DOI:10.1016/j.ymben.2020.02.006
摘要

Abstract Lignin is one largely untapped natural resource that can be exploited as a raw material for the bioproduction of value-added chemicals. Meanwhile, the current petroleum-based process for the production of adipic acid faces sustainability challenges. Here we report the successful engineering of Pseudomonas putida KT2440 strain for the direct biosynthesis of adipic acid from lignin-derived aromatics. The devised bio-adipic acid route features an artificial biosynthetic pathway that is connected to the endogenous aromatics degradation pathway of the host at the branching point, 3-ketoadipoyl-CoA, by taking advantage of the unique carbon skeleton of this key intermediate. Studies of the metabolism of 3-ketoadipoyl-CoA led to the discovery of crosstalk between two aromatics degradation pathways in KT2440. This knowledge facilitated the formulation and implementation of metabolic engineering strategies to optimize the carbon flux into the biosynthesis of adipic acid. By optimizing pathway expression and cultivation conditions, an engineered strain AA-1 produced adipic acid at 0.76 g/L and 18.4% molar yield under shake-flask conditions and 2.5 g/L and 17.4% molar yield under fermenter-controlled conditions from common aromatics that can be derived from lignin. This represents the first example of the direct adipic acid production from model compounds of lignin depolymerization.
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