Un gruppo di ricerca di ingegneria metabolica presso KAIST ha sviluppato un ceppo ingegnerizzato di Corynebacterium glutamicum in grado di produrre acido glutarico di alto livello senza sottoprodotti del glucosio. Questa nuova strategia sarà utile per sviluppare microrganismi ingegnerizzati per la produzione biologica di sostanze chimiche a valore aggiunto.

acido glutarico, noto anche come acido pentanedioico, è un acido carbossilico ampiamente utilizzato per varie applicazioni tra cui la produzione di poliesteri, poliammidi, poliuretani, anidride glutarica, 1, 5-pentandiolo, e acido 5-idrossivalerico. L'acido glutarico è stato prodotto utilizzando vari metodi chimici a base di petrolio, basandosi su materie prime non rinnovabili e tossiche. Così, sono stati adottati vari approcci per produrre biologicamente acido glutarico da risorse rinnovabili. In precedenza, lo sviluppo del primo acido glutarico che produce Escherichia coli introducendo i geni di Pseudomonas putida è stato segnalato da un gruppo di ricerca del KAIST, ma il titolo era basso. In diversi studi è stata riportata anche la produzione di acido glutarico da parte del Corynebacterium glutamicum di ingegneria metabolica, ma sembravano possibili ulteriori miglioramenti nella produzione di acido glutarico poiché C. glutamicum ha la capacità di produrre più di 130 g/L di L-lisina.

Un gruppo di ricerca composto da Taehee Han, Gi Bae Kim, e il Distinguished Professor Sang Yup Lee del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare ha affrontato questo problema. Il loro documento di ricerca "Produzione di acido glutarico mediante sistemi di ingegneria metabolica di un Corynebacterium glutamicum con sovraproduzione di L-lisina, " è stato pubblicato online in PNAS il 16 novembre 2020.

Questa ricerca riporta lo sviluppo di un ceppo di C. glutamicum ingegnerizzato metabolicamente in grado di produrre in modo efficiente acido glutarico, partendo da un sovraproduttore di L-lisina. Sono state impiegate le seguenti nuove strategie e approcci per ottenere una produzione di acido glutarico di alto livello. Primo, le vie metaboliche in C. glutamicum sono state ricostituite per la produzione di acido glutarico introducendo i geni di P. putida. Quindi, analisi multi-omiche compreso il genoma, trascrittoma, e fluxome sono stati condotti per comprendere il fenotipo del ceppo overproducer di L-lisina. Oltre alla comprensione sistematica del ceppo ospite, obiettivi di manipolazione genica sono stati previsti da analisi omiche e applicati per l'ingegneria C. glutamicum, che ha portato allo sviluppo di un ceppo ingegnerizzato in grado di produrre in modo efficiente acido glutarico. Per di più, scoperto per la prima volta il nuovo esportatore di acido glutarico, che è stato utilizzato per aumentare ulteriormente la produzione di acido glutarico migliorando l'escrezione del prodotto. Ultimo, ma non per importanza, le condizioni di coltura sono state ottimizzate per la produzione di acido glutarico di alto livello. Di conseguenza, il ceppo ingegnerizzato finale è stato in grado di produrre 105,3 g/L di acido glutarico, il titolo più alto mai riportato, in 69 ore per fermentazione fed-batch.

Il professor Sang Yup Lee ha detto:"È significativo che siamo stati in grado di sviluppare un produttore di acido glutarico altamente efficiente in grado di produrre acido glutarico al titolo più alto del mondo senza sottoprodotti da fonti di carbonio rinnovabili. Ciò accelererà ulteriormente la produzione a base biologica di sostanze chimiche preziose nei settori farmaceutico/medico. / industrie chimiche."