Lisa Bretschneider, Ingeborg Heuschkel, Katja Bühler, Rohan Karande, Bruno Bühler
Abstract
Mikrobielle Bioprozesse auf Basis orthologer Stoffwechselwege stellen einen vielversprechenden Ansatz dar, um traditionelle treibhausgas- und energieintensive Produktionsprozesse, beispielsweise für Adipinsäure (AA), zu ersetzen. Wir berichten über die Konstruktion eines Pseudomonas taiwanensis-Stammes, der Cyclohexan effizient in AA umwandeln kann. Zu diesem Zweck wurde ein kürzlich entwickelter Syntheseweg für 6-Hydroxyhexansäure (6HA) mit Alkohol- und Aldehyd-Dehydrogenasen ergänzt, für die verschiedene Expressionssysteme getestet wurden. Dabei erwiesen sich Gene aus Acidovorax sp. CHX100 und das XylS/Pm-Regulationssystem als am effizientesten für die Umwandlung von 6HA in AA sowie für die gesamte Kaskade, die eine AA-Bildungsaktivität von bis zu 48,6 ± 0,2 U gCDW-1 ermöglichte. Die Optimierung der Biotransformationsbedingungen ermöglichte eine 96-prozentige Umwandlung von 10 mM Cyclohexan mit einer 100-prozentigen AA-Ausbeute. Während der rekombinanten Genexpression stellte sich heraus, dass die Vermeidung einer Glukosebeschränkung entscheidend für eine stabile AA-Bildung ist. Die Biotransformation wurde dann vom Schüttelkolben auf einen 1-Liter-Bioreaktor skaliert, wobei eine maximale Aktivität von 22,6 ± 0,2 U gCDW-1 und ein AA-Titer von 10,2 g L-1 erreicht wurden. Die grundsätzliche Machbarkeit der Produktisolierung wurde durch die Reinigung von 3,4 g AA mit einer Reinheit von 96,1 % gezeigt. Diese Studie präsentiert die effiziente Biokonversion von Cyclohexan zu AA mittels eines einzigen Stammes und schafft damit die Grundlage für eine umweltfreundliche Produktion von AA und verwandten Polymeren wie Nylon 6,6.
PMID: 35085781
DOI: 10.1016/j.ymben.2022.01.014