Существенное улучшение производства метилкетонов в E. coli

Исследователи из Объединенного института биоэнергетики (JBEI) Министерства энергетики США добились 160-кратного увеличения производства метилкетонов генетически модифицированными бактериями Escherichia coli (E. coli). Метилкетоны — класс химических соединений, перспективных в качестве чистых, "зеленых" и возобновляемых добавок к дизельному топливу, а также используемых в парфюмерии и пищевых ароматизаторах.

Два года назад ученые впервые сконструировали штамм E. coli, способный преобразовывать глюкозу в значительные количества метилкетонов. В новой работе, описанной в журнале Metabolic Engineering, после дальнейших генетических модификаций производство удалось резко увеличить.

Ключевые генетические модификации:

• Балансировка сверхэкспрессии двух ферментов E. coli, fadR и fadD, для увеличения потока жирных кислот в целевой путь.
• Консолидация двух плазмидных конструкций в одну.
• Оптимизация кодонов для генов пути, не являющихся родными для E. coli.
• "Выключение" ключевых путей производства ацетата.

Результат: Титр метилкетонов достиг 3.4 грамма/литр после примерно 45 часов ферментации в режиме fed-batch с глюкозой. Это составляет около 40% от максимального теоретического выхода.

Хотя для рынка биотоплива такой уровень производства еще не является коммерческим, для рынка ароматизаторов и парфюмерии, где некоторые метилкетоны ценятся гораздо выше, он уже близок к коммерческому.

Инсайты из in vitro исследований:

• Подтверждено, что для данного метаболического пути не требуется фермент декарбоксилаза, что отличает его от других разработанных путей и может объяснять более высокую эффективность.
• Фермент FadM может действовать на промежуточные продукты пути, потенциально снижая поток углерода к конечным продуктам. Однако, как отмечают исследователи, с помощью информированного метаболического инжиниринга это явление можно контролировать и даже использовать для повышения производства.

Исследователи уверены, что полученные знания позволят и дальше улучшать производство.