Direct CO2 Transformation to Malate via Bioelectrosynthesis upon Engineered Shewanella oneidensis

舍瓦内拉 化学 转化(遗传学) 希瓦氏菌属 生物化学 组合化学 细菌 基因 遗传学 生物
作者
Yixin Li,Dong Xia,Yong Xie,Rong Dong,Mingfeng Cao,Qingbiao Li,Yuanpeng Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (18): 15397-15407 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacs.5c01494
摘要

Microbial electrosynthesis (MES) offers a sustainable and low-carbon approach for CO2 valorization, with Shewanella oneidensis (S. oneidensis) MR-1 identified as an ideal microbe for MES. However, no prior research has demonstrated that S. oneidensis MR-1 can directly metabolize CO2 into multicarbon (C2+) products due to its inability to perform the intracellular formate assimilation pathway. Here, we provide initial proof-of-concept evidence of direct bioelectrochemical CO2 reduction to the C4 product of malate. Specifically, the transformation of CO2 to malate attains a notable production concentration of 1.18 mmol·L-1, marking the first instance of direct C4 compound bioelectrosynthesis. Such remarkable CO2-to-C4 conversion performances are attributed to the successful implementation of dual-plasmid systems in S. oneidensis MR-1, which facilitate the overexpression of the reductive glycine pathway (Plasmid I) for assimilating CO2-derived formate and the alternative malate biosynthetic pathway (Plasmid II) to channel metabolic intermediates toward the biosynthesis of malate. Advancing CO2 valorization toward carbon-negative C2+ bioproducts, our sophisticated dual-plasmid systems engineered in microbes can be further refined for scalable CO2 bioelectrolysis with the objective of facilitating industrial applications.
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