Metabolic engineering of <i>Mannheimia succiniciproducens</i> for malic acid production using dimethylsulfoxide as an electron acceptor

富马酸还原酶 柠檬酸循环 代谢工程 富马酸 苹果酸 琥珀酸 化学 发酵 生物化学 二羧酸 代谢途径 细菌 生物反应器 电子受体 新陈代谢 生物 有机化学 柠檬酸 琥珀酸脱氢酶 遗传学
作者
Jong An Lee,Jung Ho Ahn,Gi Bae Kim,Sol Choi,Ji Yeon Kim,Sang Yup Lee
标识
DOI:10.1002/bit.28242
摘要

Microbial production of various TCA intermediates and related chemicals through the reductive TCA cycle has been of great interest. However, rumen bacteria that naturally possess strong reductive TCA cycle have been rarely studied to produce these chemicals, except for succinic acid, due to their dependence on fumarate reduction to transport electrons for ATP synthesis. In this study, malic acid (MA), a dicarboxylic acid of industrial importance, was selected as a target chemical for mass production using Mannheimia succiniciproducens, a rumen bacterium possessing a strong reductive branch of the TCA cycle. The metabolic pathway was reconstructed by eliminating fumarase to prevent MA conversion to fumarate. The respiration system of M. succiniciproducens was reconstructed by introducing the Actinobacillus succinogenes dimethylsulfoxide (DMSO) reductase to improve cell growth using DMSO as an electron acceptor. Also, the cell membrane was engineered by employing Pseudomonas aeruginosa cis-trans isomerase to enhance MA tolerance. High inoculum fed-batch fermentation of the final engineered strain produced 61 g/L of MA with an overall productivity of 2.27 g/L/h, which is the highest MA productivity reported to date. The systems metabolic engineering strategies reported in this study will be useful for developing anaerobic bioprocesses for the production of various industrially important chemicals.
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