Engineering short-chain carboxylic-acid metabolism in the model microorganism Escherichia coli

Tid: Fr 2020-05-29 kl 14.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_r0Ns_mQkT5ujvMv0h4fb9Q, Stockholm (English)

Ämnesområde: Bioteknologi

Respondent: Gustav Sjöberg , Industriell bioteknologi

Opponent: Group Leader Solange Mussatto, Technical University of Denmark

Handledare: Professor Antonius J. A. van Maris, Industriell bioteknologi

Abstract

Koldioxidutsläppens påverkan på klimatet utgör en av vår tids största utmaningar och det finns ett omedelbart behov av att utveckla kostnadseffektiva produktionsmetoder för framställning av förnyelsebara material, kemikalier och bränslen från biomassa. Här spelar bioraffinaderier en unikt viktig roll. Biomassan är dock geografiskt utspridd med heterogena egenskaper och svår att bryta ned. Det krävs tekniska framsteg för att utveckla en konkurrenskraftig produktion. Syftet med denna avhandling var att undersöka metoder för att öka det mikrobiella bioraffinaderiets ekonomiska bärkraft, med fokus på korta karboxylsyror som substrat (volatila fettsyror) och produkter ((R)-3- hydroxybutyrate, 3HB).

Initialt undersöktes två prismässigt konkurrenskraftiga och förnyelsebara kolkällor som substrat för E. coli. Det slogs fast att E. coli är lämpad för valorisering av volatila fettsyror framställda från matavfall. Dessutom bevisades det att lignocellulosabaserade sockerarter, med en sammansättning motsvarande ett vetestråhydrolysat, kan konverteras till 3HB i E. coli med utbyte och produktivitet motsvarande de från ren glukos. För att öka utbytet av modellprodukten 3HB, och den potentiella bruttovinsten, användes substratbegränsning för att styra bioprocesser genomgående i avhandlingen. Det kunde uttryckligen påvisas att det var det möjligt att koppla loss 3HB-produktion från tillväxt i kväve- och fosforbegränsade batch-odlingar, och därmed öka 3HB-utbytet. För att ytterligare öka 3HB-produktionen användes metabolic engineering för att öka tillgången på NADPH. Dessutom undersöktes den bakteriella artificiella kromosomen (BAC) för användning i metabolic engineering av E. coli, då det är en robust vektor som replikerar med kopietal 1–2. Genom att överföra ett stort operon från kromosomen till BAC gick det att bevisa att genuttrycket motsvarar kromosomalt integrerade gener. Därefter visades det att den specifika tillväxthastigheten, produktiviteten och utbytet av en 3HB-producerande stam kunde ökas genom uttryck av 3HB-gener från BAC istället för en plasmid med medelhögt kopietal. Slutligen kunde det fastställas att BAC är ett användbart verktyg för att optimera nivåer av enzymuttryck i metabola reaktionsvägar. Metoderna och strategierna som användes i avhandlingen bidrog till förbättrad 3HB produktion, men de kan också tillämpas i ett bredare sammanhang och därmed öka möjligheten för mikrobiella bioraffinaderier att förbättra den ekonomiska bärkraften.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-273006