Vías de asimilación de ácido fórmico y CO2 que consisten en el ciclo de THF reconstruido y la reacción de escisión de glicina inversa. Este diagrama esquemático muestra el procedimiento de asimilación de ácido fórmico y CO2 a través de la vía. Se ilustran los plásmidos utilizados en este estudio y la ingeniería genética realizada en este estudio. Crédito:KAIST
Un grupo de investigación de KAIST ha desarrollado una cepa de E. coli diseñada que convierte el ácido fórmico y el CO 2 piruvato y produce energía celular a partir del ácido fórmico a través de vías reconstruidas de un carbono. La estrategia descrita en este estudio proporciona una nueva plataforma para producir productos químicos de valor agregado a partir de fuentes de un carbono.
El ácido fórmico es un ácido carboxílico compuesto por un carbono. El ácido fórmico se produjo a partir de CO 2 por el método químico. Recientemente, El Centro de I + D de la refinería de gas C1 ha desarrollado con éxito un proceso biológico que produce ácido fórmico a partir de monóxido de carbono por primera vez. El ácido fórmico está en estado líquido cuando está a temperatura ambiente y presión atmosférica. Además, es químicamente estable y menos tóxico, por lo tanto, fácil de almacenar y transportar. Por lo tanto, se puede utilizar como fuente de carbono alternativa en el proceso de fermentación microbiana. Para producir productos químicos de valor agregado utilizando ácido fórmico, Se requiere una vía metabólica que convierta el ácido fórmico en moléculas celulares compuestas por múltiples carbonos. Sin embargo, No se ha desarrollado una vía metabólica que pueda convertir eficazmente el ácido fórmico en moléculas celulares. Esto actuó como un obstáculo para la producción de productos químicos de valor agregado utilizando ácido fórmico.
Un grupo de investigación de Ph.D. El estudiante Junho Bang y el distinguido profesor Sang Yup Lee del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) abordaron este tema. Este estudio, titulado "Asimilación de ácido fórmico y CO 2 por Escherichia coli diseñada equipada con vías de asimilación de un carbono reconstruidas, "se ha publicado en línea en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias el 18 de septiembre.
Ha habido un interés creciente en utilizar ácido fórmico como una fuente de carbono alternativa para la producción de productos químicos de valor agregado. Esta investigación informa el desarrollo de una cepa de E. coli diseñada que puede convertir el ácido fórmico y el CO 2 para piruvato y producir energía celular a partir del ácido fórmico a través de las vías reconstruidas de un carbono.
La vía metabólica que convierte eficientemente el ácido fórmico y el CO 2 en piruvato se construyó mediante el uso combinado del ciclo del tetrahidrofolato y la reacción de escisión de glicina inversa. El ciclo del tetrahidrofolato se reconstruyó utilizando Methylobacterium extorquens formiato-THF ligasa, metenil-THF ciclohidrolasa, y metilen-THF deshidrogenasa. La reacción de escisión de glicina se invirtió anulando el gen represor (gcvR) y sobreexpresando los genes gcvTHP que codifican enzimas relacionadas con la reacción de escisión de glicina. Ácido fórmico y CO 2 la conversión a piruvato se incrementó mediante la ingeniería metabólica de la cepa de E. coli equipada con la vía de asimilación de un carbono.
Además, para reducir el consumo de glucosa y aumentar el consumo de ácido fórmico, Se introdujo además la formiato deshidrogenasa de Candida boidnii para construir una vía de producción de energía celular a partir del ácido fórmico. Esto reduce el consumo de glucosa y aumenta el consumo de ácido fórmico.
Las vías reconstruidas de un carbono pueden suministrar moléculas celulares y energías celulares a partir del ácido fórmico y el CO. 2 . Por lo tanto, la cepa de E. coli modificada equipada con ácido fórmico y CO 2 La vía de asimilación y la vía de producción de energía celular a partir del ácido fórmico mostraron crecimiento celular a partir del ácido fórmico y el CO. 2 sin glucosa. Se controló el crecimiento celular y se realizó un análisis de isótopos de 13C para confirmar el crecimiento de E. coli a partir del ácido fórmico y CO 2 . Se encontró que la cepa de E. coli manipulada sostenía el crecimiento celular a partir del ácido fórmico y CO 2 sin glucosa.
El profesor Lee dijo:"Para construir el sistema de refinería C1, Es necesario desarrollar una cepa de plataforma que pueda convertir materiales de un carbono en materiales con más carbono. En este informe, una vía de un carbono que puede convertir de manera eficiente el ácido fórmico y el CO 2 al piruvato y se introdujo una vía de producción de energía celular a partir del ácido fórmico. Esto resultó en una cepa de E. coli diseñada que puede utilizar eficientemente el ácido fórmico como fuente de carbono mientras se reduce el consumo de glucosa. Las rutas de un carbono reconstruidas en esta investigación serán útiles para la construcción del sistema de refinería C1 ".
