Метаболически модифицированная E. coli для производства фенола

Фенол — важный промышленный химикат, исходный материал для производства бисфенола А, фенолформальдегидных смол и других полимеров. Его ежегодное мировое производство превышает 8 млн тонн и полностью зависит от химического синтеза из бензола. Микробиологическое производство фенола считалось нежизнеспособным из-за его высокой токсичности для клеток.

Исследовательская группа под руководством профессора Санг Юп Ли из Корейского института передовых технологий (KAIST) успешно разработала штамм Escherichia coli, способный производить фенол из глюкозы. Ранее E. coli не рассматривалась как жизнеспособный хост для производства фенола из-за низкой толерантности к нему.

Команда исследовала 18 различных штаммов E. coli на предмет толерантности к фенолу и одновременно модифицировала их все, используя разработанную ими технологию синтетических малых РНК (sRNA). Эта технология позволила быстро скринировать штаммы по толерантности к фенолу и активности метаболического пути, участвующего в его производстве. Штаммы были метаболически модифицированы для увеличения потока углерода в сторону синтеза фенола.

Для минимизации токсичности фенола для клеток был разработан двухфазный экстракционный процесс ферментации. Трибутират глицерина показал низкую токсичность для E. coli и эффективно экстрагировал фенол из культуральной среды.

В результате двухфазной периодической ферментации с подпиткой и использованием трибутирата глицерина в качестве экстрагента, конечный модифицированный штамм E. coli продемонстрировал рекордные титр и продуктивность по фенолу: 3.8 г/л и 0.18 г/л/ч соответственно. Эта стратегия может служить основой для метаболической инженерии микроорганизмов с целью производства токсичных химических веществ из возобновляемых ресурсов.