De novo phenol bioproduction from glucose using biosensor‐assisted microbial coculture engineering

生物生产 生物过程 代谢工程 商品化学品 生物化学 化学 生物合成 苯酚 生物传感器 生物反应器 生物 有机化学 古生物学 催化作用
作者
Xiaoyun Guo,Zhenghong Li,Xiaonan Wang,Jing Wang,Juan Chala,Yinghua Lu,Haoran Zhang
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:116 (12): 3349-3359 被引量:29
标识
DOI:10.1002/bit.27168
摘要

Abstract Microbial biosynthesis has been extensively adapted for the production of commodity chemicals using renewable feedstocks. This study integrated metabolite biosensors into rationally designed microbial cocultures to achieve high‐efficiency bioproduction of phenol from simple carbon substrate glucose. Specifically, two sets of E. coli–E. coli cocultures were first constructed for accommodation of two independent phenol biosynthesis pathways via 4‐hydroxybenzoate (4HB) and tyrosine (TYR), respectively. Biosensor‐assisted microbial cell selection mechanisms were subsequently incorporated into the coculture systems to address the insufficient pathway intermediate provision that limited the overall bioproduction. For the 4HB‐ and TYR‐dependent pathways, this approach improved the phenol production by 2.3‐ and 3.9‐fold, respectively, compared to the monoculture controls. Notably, the use of biosensor‐assisted cell selection strategy in monocultures resulted in reduced phenol production, highlighting the advantage of coculture engineering for coupling with biosensing. After stepwise optimization, the phenol bioproduction yield of the engineered coculture's reached 0.057 g/g glucose. Furthermore, the coculture biosynthesis was successfully scaled up at both shake flask and bioreactor levels. Overall, the findings of this study demonstrate the outstanding potential of coupling biosensing and modular coculture engineering for advancing microbial biosynthesis of valuable molecules from renewable carbon substrates.

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