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Design and thermodynamic analysis of a pathway enabling anaerobic production of poly-3-hydroxybutyrate in Escherichia coli

引用

Synthetic and Systems Biotechnology 2023年第4期8卷 629-639页

作者： Karel Olavarria Marco V.Becker Diana Z.Sousa Mark C.M.van Loosdrecht S.Aljoscha Wahl Laboratory of Microbiology Wageningen University and ResearchStippenenweg 46708 WEWageningenThe Netherlands Centre for Living Technologies Eindhoven-Wageningen-Utrecht AlliancePrincetonlaan 63584 CBUtrechtThe Netherlands Department of Biotechnology Applied Sciences FacultyDelft University of Technologyvan der Maasweg 92629 HZDelftThe Netherlands Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik Friedrich-Alexander-Universit¨atPaul-Gordan-Strasse 391052ErlangenGermany

Utilizing anaerobic metabolisms for the production of biotechnologically relevant products presents potential advantages,such as increased yields and reduced energy ***,lower energy dissipation may indicate that certain reactions are operating closer to their thermodynamic *** stoichiometric analyses and genetic modifications are frequently employed in metabolic engineering,the use of thermodynamic tools to evaluate the feasibility of planned interventions is less *** this study,we propose a novel metabolic engineering strategy to achieve an efficient anaerobic production of poly-(R)-3-hydroxybutyrate(PHB)in the model organism Escherichia *** approach involves re-routing of two-thirds of the glycolytic flux through non-oxidative glycolysis and coupling PHB synthesis with NADH *** complemented our stoichiometric analysis with various thermodynamic approaches to assess the feasibility and the bottlenecks in the proposed engineered *** to our calculations,the main thermodynamic bottleneck are the reactions catalyzed by the acetoacetyl-CoAβ-ketothiolase(EC 2.***.1.9)and the acetoacetyl-CoA reductase(EC 1.***.1.36).Furthermore,we calculated thermodynamically consistent sets of kinetic parameters to determine the enzyme amounts required for sustaining the conversion *** the case of the engineered conversion route,the protein pool necessary to sustain the desired fluxes could account for 20%of the whole cell dry weight.

关键词： Pathway feasibility analysis Protein cost Anaerobic metabolism Engineered pathways metabolite concentrations

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