A staged representation electrochemical stimulated strategy to regulate intracellular reducing power for improving succinate production by Escherichia coli AFP111

发酵 大肠杆菌 电解 产量(工程) 细胞内 阴极 电化学 琥珀酸脱氢酶 生物化学 化学 代谢工程 NAD+激酶 微生物代谢 组合化学 细菌 电极 线粒体 材料科学 生物 电解质 遗传学 物理化学 冶金 基因
作者
Tianwen Zheng,Bin Xu,Yaliang Ji,Wenming Zhang,Fengxue Xin,Weiliang Dong,Ping Wei,Jiangfeng Ma,Min Jiang
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:16 (5): e2000415-e2000415 被引量:4
标识
DOI:10.1002/biot.202000415
摘要

Abstract Background Escherichia coli AFP111 was previously engineered for succinate production by eliminating byproducts of synthesis pathways. Still, the succinate yield is limited due to the insufficient NADH supplement, when fed with glucose. Microbial electrolysis cell (MEC) allows microorganisms to perform unbalanced fermentation by establishing polarized cathode interaction. Methods and Results In this study, a cathode electrode was used as an additional electron donor to improve succinate synthesis by E. coli AFP111. In MEC with ‐0.65 V (vs. Ag/AgCl) poised on cathode electrode, 95.72% electrons were transferred into cells via neutral red (NR), and the ratio of NADH/NAD + increased by 2.5‐fold. Meanwhile, compared with the control experiment, the value of oxidation‐reduction potential (ORP) changed from −240 to −265 mV in MEC, which was beneficial for NADH generation. During two‐stage fermentation (no potential growth stage followed by electric stimulation) in MEC, succinate yield was increased by 29.09% (the final yield was 0.71 g g −1 ), and glucose consumption rate was enhanced by 36.22%. In addition, the carbon flux was pumped to succinate and pyruvate metabolism was enhanced. Conclusion and implications Staged representation of electrochemical stimulated strategy is effective for succinate producing in engineered E. coli by regulating intracellular reducing power, which provides a new concept for producing reduced metabolite in unbalanced fermentation.
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