Build Your Bioprocess on a Solid Strain—β-Carotene Production in Recombinant Saccharomyces cerevisiae

生物过程 酿酒酵母 拉伤 重组DNA 食品科学 生物技术 生化工程 化学 微生物学 生物 生物化学 工程类 酵母 基因 解剖 古生物学
作者
Javiera López,Vicente F. Cataldo,Manuel Peña,Pedro A. Saa,Francisco Saitua,Maximiliano Ibaceta,Eduardo E. Agosin
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media]
卷期号:7: 171-171 被引量:37
标识
DOI:10.3389/fbioe.2019.00171
摘要

Robust fermentation performance of microbial cell factories is critical for the successful scaling of a biotechnological process. From shake flask cultivations to industrial-scale bioreactors, consistent strain behavior is fundamental to achieve the production targets. To assert the importance of this feature, we evaluated the impact of the yeast strain design and construction method on process scalability -from shake flasks to bench-scale fed-batch fermentations- using two recombinant Saccharomyces cerevisiae strains capable of producing β-carotene; SM14 and βcar1.2 strains. SM14 strain, obtained previously from adaptive evolution experiments, was capable to accumulate up to 21 mg/gDCW of β-carotene in 72 h shake flask cultures; while the βcar1.2, constructed by overexpression of carotenogenic genes, only accumulated 5.8 mg/gDCW of carotene. Surprisingly, fed-batch cultivation of these strains in 1L bioreactors resulted in opposite performances. βcar1.2 strain reached much higher biomass and β-carotene productivities (1.57 g/L/h and 10.9 mg/L/h, respectively) than SM14 strain (0.48 g/L/h and 3.1 mg/L/h, respectively). Final β-carotene titers were 210 and 750 mg/L after 80 h cultivation for SM14 and βcar1.2 strains, respectively. Our results indicate that these substantial differences in fermentation parameters are mainly a consequence of the exacerbated Crabtree effect of the SM14 strain. We also found that the strategy used to integrate the carotenogenic genes into the chromosomes affected the genetic stability of strains, although the impact was significantly minor. Overall, our results indicate that shake flasks fermentation parameters are poor predictors of the fermentation performance under industrial-like conditions, and that appropriate construction designs and performance tests must be conducted to properly assess the scalability of the strain and the bioprocess.

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