High-level co-production of 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propanediol from glycerol: Metabolic engineering and process optimization

代谢工程 1,3-丙二醇 甘油 发酵 化学 辅因子 生物化学 代谢途径 丙二醇 大肠杆菌 食品科学 新陈代谢 有机化学 基因
作者
Yufei Zhang,Jimmy Yun,Hossain M. Zabed,Yuan Dou,Guoyan Zhang,Mei Zhao,Mohammad J. Taherzadeh,Arthur J. Ragauskas,Xianghui Qi
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier]
卷期号:369: 128438-128438 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2022.128438
摘要

3-Hydroxypropionic acid (3-HP) and 1,3-propanediol (1,3-PDO) are value-added chemicals with versatile applications in the chemical, pharmaceutical, and food industries. Nevertheless, sustainable production of 3-HP and 1,3-PDO is often limited by the lack of efficient strains and suitable fermentation configurations. Herein, attempts have been made to improve the co-production of both metabolites through metabolic engineering of Escherichia coli and process optimization. First, the 3-HP and 1,3-PDO co-biosynthetic pathways were recruited and optimized in E. coli, followed by coupling the pathways to the transhydrogenase-mediated cofactor regeneration systems that increased cofactor availability and product synthesis. Next, pathway rebalancing and block of by-product formation significantly improved 3-HP and 1,3-PDO net titer. Subsequently, glycerol flux toward 3-HP and 1,3-PDO synthesis was maximized by removing metabolic repression and fine-tuning the glycerol oxidation pathway. Lastly, the combined fermentation process optimization and two-stage pH-controlled fed-batch fermentation co-produced 140.50 g/L 3-HP and 1,3-PDO, with 0.85 mol/mol net yield.
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