メタノールを3-ヒドロキシプロピオン酸に変換するためのコマガタエラファフィの合成β-アラニン経路の工学

背景：メタノールは、二酸化炭素（CO2）などの再生可能な源から生成できるため、特殊化学物質と商品化学物質を生産するための再生可能炭素源としてますます魅力を獲得しています。これに関連して、酵母komagataella phaffii（syn pichia pastoris）などのネイティブのメチロ栄養栄養生物は、この非常に還元された基質から幅広い製品を生産する潜在的に魅力的な細胞工場です。しかし、メタノールからバルク化学物質を生成するこの酵母の可能性に対処する研究はまだ少ない。3-ヒドロキシプロピオン酸（3-HP）は、アクリル酸および他の商品化学物質およびバイオポリマーに変換できるプラットフォーム化学物質です。3-HPは、異なる代謝経路を介していくつかの細菌によって自然に生成される可能性があります。 結果：この研究では、合成β-アラニン経路を介した3馬力の産生がK. phaffiiで初めて確立されました。大腸菌K-12。これらの重要な酵素の発現により、メタノールを基質として使用した小規模栽培では、3-HPの1.0 g L-1の産生が可能になりました。パンド遺伝子の2番目のコピーを添加し、PPCβ21株におけるYDFG遺伝子の発現を駆動するための弱いプロモーターの選択により、最終的な3-HP力価（1.2 g L-1）がさらに増加しました。3-HP産生株は、FRBバッチ培養でさらにテストされました。最高の株（PPCβ21）は、39時間のメタノール摂食後、21.4 g L-1の最終3 hp濃度、0.15 g-1の生成物収量、および0.48 g L-1 H-1の体積生産性を達成しました。NADPHの可用性の向上を目指してこの株のさらなるエンジニアリングにより、参照株PPCβ21と比較して、メタノール消費率が16％増加し、特定の生産性が10％増加しました。 結論：我々の結果は、K。phaffiiがプラットフォームセルファクトリーとしての可能性を示しています。再生可能な1炭素原料から3馬力などの有機酸を生産し、β-β-hpを通じて3 hp生産プロセスでこれまでに報告されている最高の体積生産性を達成しました。アラニン経路。

BACKGROUND: Methanol is increasingly gaining attraction as renewable carbon source to produce specialty and commodity chemicals, as it can be generated from renewable sources such as carbon dioxide (CO2). In this context, native methylotrophs such as the yeast Komagataella phaffii (syn Pichia pastoris) are potentially attractive cell factories to produce a wide range of products from this highly reduced substrate. However, studies addressing the potential of this yeast to produce bulk chemicals from methanol are still scarce. 3-Hydroxypropionic acid (3-HP) is a platform chemical which can be converted into acrylic acid and other commodity chemicals and biopolymers. 3-HP can be naturally produced by several bacteria through different metabolic pathways. RESULTS: In this study, production of 3-HP via the synthetic β-alanine pathway has been established in K. phaffii for the first time by expressing three heterologous genes, namely panD from Tribolium castaneum, yhxA from Bacillus cereus, and ydfG from Escherichia coli K-12. The expression of these key enzymes allowed a production of 1.0 g l-1 of 3-HP in small-scale cultivations using methanol as substrate. The addition of a second copy of the panD gene and selection of a weak promoter to drive expression of the ydfG gene in the PpCβ21 strain resulted in an additional increase in the final 3-HP titer (1.2 g l-1). The 3-HP-producing strains were further tested in fed-batch cultures. The best strain (PpCβ21) achieved a final 3-HP concentration of 21.4 g l-1 after 39 h of methanol feeding, a product yield of 0.15 g g-1, and a volumetric productivity of 0.48 g l-1 h-1. Further engineering of this strain aiming at increasing NADPH availability led to a 16% increase in the methanol consumption rate and 10% higher specific productivity compared to the reference strain PpCβ21. CONCLUSIONS: Our results show the potential of K. phaffii as platform cell factory to produce organic acids such as 3-HP from renewable one-carbon feedstocks, achieving the highest volumetric productivities reported so far for a 3-HP production process through the β-alanine pathway.