グルコースから1,3-プロパンジオールの生産のための微生物細胞工場としての肺炎術J2Bの開発J2B

1,3-プロパンジオール（1,3-PDO）は、食品、化粧品、医薬品、繊維産業に幅広い用途がある重要なプラットフォーム化学物質です。炭素源としてグルコースを含む組換えエセリシア大腸菌を使用したその生物学的生産は、デュポンによって商品化されていますが、大腸菌は1,3-PDOバイオシンセシスのコア酵素であるグリセロールデヒドラターゼの不可欠で高価な補因子であるコエンザイムB12を合成できません。この研究の目的は、Coenzyme B12を自然に合成できるKlebsiella Pneumoniae J2Bを使用して、より経済的な微生物細胞工場を開発することを目的としています。この目的のために、解糖中間体であるジヒドロキシアセトン-3-リン酸（DHAP）からのグリセロールの産生のための異種経路がJ2Bに導入され、その後、株は炭素およびエネルギー代謝界のために広範囲に修飾されました。（iii）NADH再生/可用性の改善、（iv）TCAサイクルと電子輸送鎖の変更、（v）1,3-PDOモジュール酵素の過剰発現、および（vi）グルコース輸送体の過剰発現。合計33の遺伝子が修飾および/または過剰発現され、1つの株は814 mm（62 g/L）の1,3-PDOを生成する可能性があります。この研究は、標的化学物質（1,3-PDO）の炭素骨格の生成におけるグルコースのバランスの取れた使用の重要性と、還元力（NADH）の再生の重要性を強調しています。また、この研究は、K。pneumoniaeJ2Bがグルコースから1,3-PDOの生産の有望な宿主であることを示唆しています。

1,3-Propanediol (1,3-PDO) is an important platform chemical which has a wide application in food, cosmetics, pharmaceutical and textile industries. Its biological production using recombinant Escherichia coli with glucose as carbon source has been commercialized by DuPont, but E. coli cannot synthesize coenzyme B12 which is an essential and expensive cofactor of glycerol dehydratase, a core enzyme in 1,3-PDO biosynthesis. This study aims to develop a more economical microbial cell factory using Klebsiella pneumoniae J2B which can naturally synthesize coenzyme B12. To this end, the heterologous pathway for the production of glycerol from dihydroxyacetone-3-phosphate (DHAP), a glycolytic intermediate, was introduced to J2B and, afterwards, the strain was extensively modified for carbon and energy metabolisms including: (i) removal of carbon catabolite repression, (ii) blockage of glycerol export across the cell membrane, (iii) improvement of NADH regeneration/availability, (iv) modification of TCA cycle and electron transport chain, (v) overexpression of 1,3-PDO module enzyme, and (vi) overexpression of glucose transporter. A total of 33 genes were modified and/or overexpressed, and one resulting strain could produce 814 mM (62 g/L) of 1,3-PDO with the yield of 1.27 mol/mol glucose in fed-batch bioreactor culture with a limited supplementation of coenzyme B12 at 4 μM, which is ~10 fold less than that employed by DuPont. This study highlights the importance of balanced use of glucose in the production of carbon backbone of the target chemical (1,3-PDO) and regeneration of reducing power (NADH). This study also suggests that K. pneumoniae J2B is a promising host for the production of 1,3-PDO from glucose.