Vie di assimilazione dell'acido formico e della CO2 costituite dal ciclo ricostruito del THF e dalla reazione di scissione inversa della glicina. Questo diagramma schematico mostra la procedura di assimilazione dell'acido formico e della CO2 attraverso il percorso. Sono illustrati i plasmidi utilizzati in questo studio e l'ingegneria genetica eseguita in questo studio. Attestazione:KAIST
Un gruppo di ricerca del KAIST ha sviluppato un ceppo ingegnerizzato di E. coli che converte acido formico e CO 2 al piruvato e produce energia cellulare dall'acido formico attraverso percorsi ricostruiti a un carbonio. La strategia descritta in questo studio fornisce una nuova piattaforma per la produzione di sostanze chimiche a valore aggiunto da fonti a un carbonio.
L'acido formico è un acido carbossilico composto da un carbonio. L'acido formico è stato prodotto da CO 2 con il metodo chimico. Recentemente, il centro di ricerca e sviluppo della raffineria di gas C1 ha sviluppato con successo un processo biologico che produce per la prima volta acido formico dal monossido di carbonio. L'acido formico è allo stato liquido quando è a temperatura ambiente e pressione atmosferica. Inoltre, è chimicamente stabile e meno tossico, così, facile da riporre e trasportare. Perciò, può essere utilizzato come fonte di carbonio alternativa nel processo di fermentazione microbica. Per produrre sostanze chimiche a valore aggiunto utilizzando acido formico, è necessaria una via metabolica che converta l'acido formico in molecole cellulari composte da più atomi di carbonio. Però, non è stata sviluppata una via metabolica in grado di convertire efficacemente l'acido formico in molecole cellulari. Ciò ha agito da ostacolo alla produzione di sostanze chimiche a valore aggiunto utilizzando l'acido formico
Un gruppo di ricerca di Ph.D. Lo studente Junho Bang e il Distinguished Professor Sang Yup Lee del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare del Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hanno affrontato questo problema. Questo studio, intitolato "Assimilazione di acido formico e CO 2 di Escherichia coli ingegnerizzato dotato di percorsi di assimilazione a un carbonio ricostruiti, " è stato pubblicato online nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze il 18 settembre.
C'è stato un crescente interesse nell'utilizzo dell'acido formico come fonte di carbonio alternativa per la produzione di sostanze chimiche a valore aggiunto. Questa ricerca riporta lo sviluppo di un ceppo di E. coli ingegnerizzato in grado di convertire acido formico e CO 2 piruvato e produrre energia cellulare dall'acido formico attraverso le vie ricostruite a un carbonio.
La via metabolica che converte efficacemente acido formico e CO 2 in piruvato è stato costruito mediante l'uso combinato del ciclo del tetraidrofolato e della reazione di scissione inversa della glicina. Il ciclo del tetraidrofolato è stato ricostruito utilizzando Methylobacterium extorquens formiato-THF ligasi, metenil-THF cicloidrolasi, e metilene-THF deidrogenasi. La reazione di scissione della glicina è stata invertita eliminando il gene repressore (gcvR) e sovraesprimendo i geni gcvTHP che codificano per gli enzimi correlati alla reazione di scissione della glicina. Acido formico e CO 2 la conversione in piruvato è stata aumentata tramite l'ingegneria metabolica del ceppo di E. coli dotato della via di assimilazione a un carbonio.
Inoltre, al fine di ridurre il consumo di glucosio e aumentare il consumo di acido formico, Candida boidnii formiato deidrogenasi è stata inoltre introdotta per costruire un percorso cellulare di produzione di energia dall'acido formico. Questo riduce il consumo di glucosio e aumenta il consumo di acido formico.
Le vie ricostruite a un carbonio possono fornire molecole cellulari ed energie cellulari dall'acido formico e dalla CO 2 . Così, il ceppo di E. coli ingegnerizzato dotato di acido formico e CO 2 il percorso di assimilazione e il percorso di produzione di energia cellulare dall'acido formico hanno mostrato una crescita cellulare da acido formico e CO 2 senza glucosio. La crescita cellulare è stata monitorata ed è stata eseguita l'analisi dell'isotopo 13C per confermare la crescita di E. coli dall'acido formico e CO 2 . È stato scoperto che il ceppo di E. coli ingegnerizzato ha sostenuto la crescita cellulare dall'acido formico e dalla CO 2 senza glucosio.
Il professor Lee ha detto, "Per costruire il sistema C1-raffineria, deve essere sviluppato un ceppo di piattaforma in grado di convertire materiali a un carbonio in materiali a più alto contenuto di carbonio. In questo rapporto, un percorso a un carbonio che può convertire in modo efficiente acido formico e CO 2 al piruvato è stato sviluppato ed è stato introdotto un percorso di produzione di energia cellulare dall'acido formico. Ciò ha portato a un ceppo di E. coli ingegnerizzato che può utilizzare in modo efficiente l'acido formico come fonte di carbonio mentre il consumo di glucosio è stato ridotto. I percorsi ricostruiti a un carbonio in questa ricerca saranno utili per la costruzione del sistema C1-raffineria".
