Vias de assimilação de ácido fórmico e CO2 que consistem no ciclo de THF reconstruído e na reação reversa de clivagem da glicina. Este diagrama esquemático mostra o procedimento de assimilação de ácido fórmico e CO2 ao longo da via. Os plasmídeos usados neste estudo e a engenharia genética realizada neste estudo são ilustrados. Crédito:KAIST
Um grupo de pesquisa da KAIST desenvolveu uma cepa de E. coli projetada que converte ácido fórmico e CO 2 ao piruvato e produz energia celular a partir do ácido fórmico por meio de vias de um carbono reconstruídas. A estratégia descrita neste estudo fornece uma nova plataforma para a produção de produtos químicos de valor agregado a partir de fontes de um carbono.
O ácido fórmico é um ácido carboxílico composto por um carbono. O ácido fórmico foi produzido a partir de CO 2 pelo método químico. Recentemente, o C1 Gas Refinery R&D Center desenvolveu com sucesso um processo biológico que produz ácido fórmico a partir de monóxido de carbono pela primeira vez. O ácido fórmico está no estado líquido quando está em temperatura ambiente e pressão atmosférica. Além disso, é quimicamente estável e menos tóxico, portanto, fácil de guardar e transportar. Portanto, pode ser usado como fonte alternativa de carbono no processo de fermentação microbiana. Para produzir produtos químicos de valor agregado usando ácido fórmico, uma via metabólica que converte o ácido fórmico em moléculas celulares compostas de vários carbonos é necessária. Contudo, uma via metabólica que pode converter o ácido fórmico de forma eficiente em moléculas celulares ainda não foi desenvolvida. Isso atuou como um obstáculo para a produção de produtos químicos de valor agregado usando ácido fórmico
Um grupo de pesquisa de Ph.D. o aluno Junho Bang e o distinto professor Sang Yup Lee do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST) abordaram esta questão. Este estudo, intitulado "Assimilação de ácido fórmico e CO 2 por Engineered Escherichia coli Equipada com Vias de Assimilação de Um Carbono Reconstruídas, "foi publicado online no Anais da Academia Nacional de Ciências em 18 de setembro.
Tem havido um interesse crescente na utilização do ácido fórmico como fonte alternativa de carbono para a produção de produtos químicos de valor agregado. Esta pesquisa relata o desenvolvimento de uma cepa de E. coli projetada que pode converter ácido fórmico e CO 2 para piruvar e produzir energia celular a partir do ácido fórmico por meio das vias de um carbono reconstruídas.
A via metabólica que converte de forma eficiente o ácido fórmico e CO 2 em piruvato foi construído pelo uso combinado do ciclo de tetra-hidrofolato e reação reversa de clivagem de glicina. O ciclo do tetrahidrofolato foi reconstruído utilizando Methylobacterium extorquens formiato-THF ligase, metenil-THF ciclo-hidrolase, e metileno-THF desidrogenase. A reação de clivagem da glicina foi revertida por nocaute do gene repressor (gcvR) e superexpressão dos genes gcvTHP que codificam enzimas relacionadas com a reação de clivagem da glicina. Ácido fórmico e CO 2 a conversão em piruvato foi aumentada por meio de engenharia metabólica da cepa de E. coli equipada com a via de assimilação de um carbono.
Além disso, a fim de reduzir o consumo de glicose e aumentar o consumo de ácido fórmico, O formato desidrogenase de Candida boidnii foi adicionalmente introduzido para construir uma via celular de produção de energia a partir do ácido fórmico. Isso reduz o consumo de glicose e aumenta o consumo de ácido fórmico.
As vias reconstruídas de um carbono podem fornecer moléculas celulares e energias celulares a partir do ácido fórmico e do CO 2 . Assim, a cepa de E. coli projetada equipada com ácido fórmico e CO 2 a via de assimilação e a via de produção de energia celular a partir do ácido fórmico mostraram crescimento celular a partir do ácido fórmico e CO 2 sem glicose. O crescimento celular foi monitorado e a análise do isótopo 13C foi realizada para confirmar o crescimento de E. coli a partir do ácido fórmico e CO 2 . Verificou-se que a cepa de E. coli projetada sustentou o crescimento celular a partir do ácido fórmico e CO 2 sem glicose.
Professor Lee disse, "Para construir o sistema de refinaria C1, uma cepa de plataforma que pode converter materiais de um carbono em materiais de alto carbono precisa ser desenvolvida. Neste relatório, uma via de um carbono que pode converter eficientemente ácido fórmico e CO 2 ao piruvato foi desenvolvido e uma via de produção de energia celular a partir do ácido fórmico foi introduzida. Isso resultou em uma cepa de E. coli projetada que pode utilizar eficientemente o ácido fórmico como fonte de carbono, enquanto o consumo de glicose foi reduzido. Os caminhos reconstruídos de um carbono nesta pesquisa serão úteis para a construção do sistema de refinaria C1. "
