Tilbake til søkeresultatene

GASSMAKS-Økt verdiskaping fra naturgass

Biotechnological Production of L-lysine and Cadaverine from Methanol

Tildelt: kr 6,0 mill.

Kadaverin (1,5-diaminopentan) har en økende industriell interesse som et bulkskalaprodukt med anvendelser spesielt tilknyttet produksjonen av plast, men også innen farmasøytisk industri og i tekstilindustrien. Industrielt fremstilles kadaverin i dag hovedsakelig gjennom petrokjemiske prosesser, men forbindelsen kan også lages bioteknologisk fra aminosyren L-lysin ved enzymatisk avspaltning av CO2, katalysert av enzymet lysin dekarboksylase. L-lysin er i seg selv et viktig bioteknologisk bulkprodukt med et globalt produksjonsvolum på 2 million tonn per år. Bakterien Bacillus methanolicus kan vokse på metanol som eneste karbonkilde og er sådan en metylotrof bakterie. Klassiske mutanter av B. methanolicus som overproduserer L-lysin fra metanol er utviklet i tidligere prosjekt og vi har også generert rekombinante stammer av B. methanolicus som overproduserer L-lysin som følge av overuttrykk av nøkkelgener i L-lysin biosyntesesporet. I dette prosjektet har vi konstruert rekombinante B. methanolicus stammer som uttrykker to ulike lysin dekarboksylasegener (ldcC og cadA) som stammer fra bakterien Escherichia coli. Gjennom etablering av rekombinante stammer og uttesting av disse i rystekolber har vi vist at begge lysin dekarboksylaser er funksjonelt aktive i B. methanolicus som må dyrkes ved høy temperatur (50 °C). Vi oppnådde produksjon av kadaverin i rystekolber, opptil 450 mg/L kultur. De to ulike lysin dekarboksylasene viste seg å fungere ulikt, hvor uttrykk av CadA gav høyest kadaverinproduksjon, samt høyest katalytisk aktivitet i råekstrakt. Enzymet LdcC viste seg å foretrekke en noe alkalisk pH i mediet, da høyest produksjon ble observert ved pH 7.6. Det ble testet om eksport av kadaverin ut av cellen kan være en begrensende faktor for kadaverinproduksjon, men samtidig uttrykk av lysin-kadaverin antiporter CadB fra E. coli med hhv LdcC og CadA, viste at dette trolig ikke var tilfellet da ingen økt produksjon ble funnet. De mest lovende rekombinante B. methanolicus stammene som uttrykker CadA fra to ulike vektorer ble også testet i fermentor og under disse industrielt relevante betingelsene ble det oppnådd volumetriske utbytter på 11,5 og 19 g/l kadaverin fra metanol for de to stammene. Dette er meget gode produksjonsresultater og er de første eksemplene på bioteknologisk produksjon av kadaverin fra metanol. Mangelfulle verktøy for geninaktivering eller kontrollert (induserbart) genuttrykk har representert en begrensning for rekombinant arbeid i denne bakterien. Tidligere arbeid har hovedsakelig benyttet den samme vektoren til innføring av nye gener og alle publiserte studier har også benyttet metanol dehydrogenase-promotoren til å styre genuttrykk. Denne promotoren gir høyt genuttrykk under alle de vekstbetingelsene som er studert og det er ønskelig med alternative og bedre promotorsystemer der genuttrykk kan kontrolleres bedre. Tilknyttet dette prosjektet har vi utvidet den genetiske verktøykassen til å inkludere to nye vektorer og to promoterer som induseres av hhv. CuSO4 og xylose.

There is high interest in bio-polyamides derived from renewable feedstocks to replace conventional polyamides from petrochemical routes. The five-carbon (C5) compound cadaverine receives increasing interest as a platform chemical for bio-based polymers an d plastics. For example, polymerization of cadaverine with succinate allows the production of the completely bio-based polyamide PA54. PA54 is expected to become a bio-based alternative to conventional petroleum-based polyamides that have an annual global market of 3.5 million tons. Other polyamides such as PA6 and PA66 are reported to have annual global markets of about 6 million tons. In bacteria cadaverine is a product directly derived from the natural amino acid L-lysine and significant progress on de velopment of bio-based production of cadaverine has been achieved in the gram-positive Corynebacterium glutamicum, mainly based on its high capability to overproduce L-lysine. L-lysine itself is a high-volume biotechnological product used as feed suppleme nt for poultry, swine and other livestock and is also used in pharmaceuticals, dietary supplements and cosmetics. The worldwide production volume is above 1 million tons per year and industrial production is governed by microbial fermentations using genet ically optimized C. glutamicum strains utilizing sugar-based raw materials. The bacterium Bacillus methanolicus can utilize the non-food raw material methanol for cell growth and energy, and the theoretical maximum yield of L-lysine in B. methanolicus is high (0.81 g L-lysine / g methanol) and similar to the corresponding value for C. glutamicum. Classical B. methanolicus mutants secreting up to 47 g/l of L-lysine have been reported. The main goal of this project is to genetically engineer B. methanolicus into cell factories for conversion of methanol into L-lysine and cadaverine and thus paving the way for sustainable biotechnological production routes for these two industrially important chemicals.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

GASSMAKS-Økt verdiskaping fra naturgass