Enhancing PHA production through metal-organic frameworks: Mechanisms involving superproton transport and bacterial metabolic pathways

钩虫贪铜菌 羟基烷酸 蜡样芽孢杆菌 发酵 食品科学 原材料 甘油 化学 生物化学 细菌 生物 有机化学 遗传学
作者
Shuxian Chen,Xiaohu Dai,Donghai Yang,Lingling Dai,Yu Hua
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier BV]
卷期号:348: 121571-121571 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2023.121571
摘要

The effective fermentation of organic waste for polyhydroxyalkanoate (PHA) production is crucial for waste pollution prevention and comprehensive utilization. Glycerol, a common component of organic waste and a by-product of biodiesel production, can serve as a valuable raw material for PHA synthesis. This study explored the potential of metal-organic frameworks (MOFs), specifically MOF-808, to enhance the PHA production by Cupriavidus necator (C. necator) and Bacillus cereus (B. cereus) using glycerol as the substrate. Our results demonstrated that the addition of MOF-808 significantly promoted PHA synthesis without altering the PHA composition. Notably, the proportion of PHA to cell dry weight (CDW) increased significantly (P < 0.05) in both C. necator (from 17.17% to 30.43%) and B. cereus (from 11.30% to 37.93%), with a shortened growth period observed in the latter. The enhanced superproton transport properties of MOF-808 elevated the ATP energy supply level, regulated coenzyme A metabolism, and modulated the PHA synthesis pathway in the bacterial strains. Additionally, MOF-808 improved the utilization of the PHA precursor acetyl-CoA by C. necator, and enhanced the PHA production in B. cereus by facilitating cell growth and PHA synthesis in two distinct stages. Importantly, the recovered MOF-808 structure remained stable, enabling potential recycling. This study provides compelling evidence for the enhancement of PHA production and offers valuable insights into the utilization of organic waste as a valuable resource.
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