Effect of the Tricarboxylic Acid Cycle Intensification on biosynthesis of Adipic Acid Through the Inverted Fatty Acid β-oxidation by Escherichia coli Strains

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using previously engineered adipate-secreting Escherichia MG1655 lacIQ,ackA-pta, ∆poxB, ∆ldhA, adhE, PL-SDφ10-atoB, Ptrc-ideal-4-SDφ10-fadB, ∆fadE, PL-SDφ10-tesB, ∆yciA, Ptrc-ideal-4-SDφ10-fabI, PL-SDφ10-paaJ, aceBAK, glcB as a core strain, the derivatives capable of enhanced synthesis of the target compound from glucose via the reversed fatty acid β-oxidation pathway were obtained. The respective effect was achieved due to the intensification of the tricarboxylic acid cycle in the cells. Prevention of multiple cycle turnovers, resulting from the inactivation of succinate dehydrogenase, had no pronounced effect on the formation of adipic acid by the recombinant. Upon the cycle intensification due to enhancing anaplerotic oxaloacetic acetic acid formation from phosphoenolpyruvate, resulting from the increased expression of the native ppc gene, the synthesis of adipic acid rose 1.2-fold to ~390 μM. Enabling the formation of oxaloacetate from pyruvic acid, by introducing in the cells of heterologous Bacillus subtilis pyruvate carboxylase, resulted in a 1.5-fold intensification of the cycle, concomitantly with the proportional increase in adipic acid secretion to ~496 μM. Subsequent inactivation of sdhAB genes in the strain increased the secretion of the target compound only slightly and adipic acid titer reached ~520 μM. The obtained data indicated a direct dependence of the efficiency of adipic acid synthesis by the engineered strains on the degree of intensification of the tricarboxylic acid cycle.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. Yu. Gulevich

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: andrey.gulevich@gmail.com
Russian Federation, Moscow

A. Yu. Skorokhodova

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: andrey.gulevich@gmail.com.ru
Russian Federation, Moscow

V. G. Debabov

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: andrey.gulevich@gmail.com.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Lang M., Li H. // ChemSusChem. 2022. V. 15. № 1. e202101531. https://doi.org/10.1002/cssc.202101531
  2. Skoog E., Shin J.H., Saez-Jimenez V., Mapelli V., Olsson L. // Biotechnol. Adv. 2018. V. 36. № 8. P. 2248–2263.
  3. Thomas J.M., Raja R., Johnson B.F., O’Connell T.J., Sankar G., Khimyak T. // Chem. Commun. 2003. V. 21 № 10. P. 1126–1127.
  4. Lin Y., Sun X., Yuan Q., Yan Y. // Metab. Eng. 2014. V. 23. P. 62–69.
  5. Zhang H., Li Z., Pereira B., Stephanopoulos G. // Microb. Cell. Factories. 2015. V. 14. № 1. https://doi.org/10.1186/s12934-015-0319-0
  6. Weber C., Brueckner C., Weinreb S., Lehr C., Essl C., Boles E. // Appl. Environ. Microbiol. 2012. V. 78. P. 8421–8430.
  7. Curran K.A., Leavitt J.M., Karim A.S., Alper H.S. // Metab. Eng. 2013. V. 15. P. 55–66.
  8. Raj K., Partow S., Correia K., Khusnutdinova A.N., Yakunin A.F., Mahadevan R. // Metab. Eng. Commun. 2018. V. 6. P. 28–32.
  9. Kallscheuer T., Gätgens J., Lübcke M., Pietruszka J., Bott M., Polen T. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 101. № 6. P. 2371–2382.
  10. Yu J. L., Xia X.X., Zhong J.J., Qian Z.G. // Biotechnol. Bioeng. 2014. V. 111. № 12. P. 2580–2586.
  11. Babu T., Yun E.J., Kim S., Kim D.H., Liu K.H., Kim S. R., Kim K. H. //Proc. Bioch. 2015. V. 50. № 12. P. 2066–2071.
  12. Cheong S., Clomburg J.M., Gonzalez R. // Nat. Biotechnol. 2016. V. 34. № 5. P. 556–561.
  13. Гулевич А.Ю., Скороходова А.Ю., Дебабов В.Г. // Прикл. биохимия и микробиология. 2023. Т. 59. № 3. С. 235–243.
  14. Zhao M., Huang D., Zhang X., Koffas M.A.G., Zhou J., Deng Y. // Metab. Eng. 2018. V. 47. P. 254–262.
  15. Skorokhodova A.Y., Gulevich A.Y., Morzhakova A.A., Shakulov R.S., Debabov V.G. // Biotechnol. Lett. 2013. V. 35. № 4. P. 577–583.
  16. Sambrook J., Fritsch E., Maniatis T. // Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 2 nd Ed., N.Y.: Cold Spring Harbor Lab. Press, 1989. 1659 р.
  17. Datsenko K.A., Wanner B.L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. № 12. Р. 6640–6645.
  18. Скороходова А.Ю., Стасенко А.А., Гулевич А.Ю., Дебабов В.Г. // Прикл. биохимия и микробиология. 2018. Т. 54. № 3. С. 244–252.
  19. Скороходова А.Ю., Гулевич А.Ю., Дебабов В.Г. // Прикл. биохимия и микробиология. 2023. Т. 59. № 6. https://doi.org/10.31857/S0555109923060168
  20. Skorokhodova A.Y., Gulevich A.Y., Debabov V.G. // Biotechnol. Rep. 2022. V. 33. e00703. https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00703
  21. Гулевич А.Ю., Скороходова А.Ю., Ермишев В.Ю., Крылов А. А., Минаева Н. И., Полонская З. М. и др. // Молекулярная биология. 2009. Т. 43. № 3. С. 547–557.
  22. Skorokhodova A.Y., Stasenko A.A., Krasilnikova N.V., Gulevich A. Y., Debabov V. G. // Fermentation. 2022. V. 8. № 12. 738. https://doi.org/10.3390/fermentation8120738
  23. Park S.J., Chao G., Gunsalus R.P. // J. Bacteriol. 1997. V. 179. № 13. P. 4138–4142.
  24. Chang D.E., Shin S., Rhee J.S., Pan J.G. // J. Bacteriol. 1999. V. 181. № 21. P. 6656–6663.
  25. Burgard A., Burk M.J., Osterhout R., Van Dien S., Yim H. // Curr. Opin. Biotechnol. 2016. V. 42. P. 118–125.
  26. Choi S., Kim H.U., Kim T.Y., Lee S.Y. // Metab. Eng. 2016. V. 38. P. 264–273.
  27. Yim H., Haselbeck R., Niu W., Pujol-Baxley C., Burgard A., Boldt J. et al. // Nat. Chem. Biol. 2011. V. 7. № 7. P. 445–452.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».