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新发现的代谢途径使用单一碳气体作为原料

隶属于UNIST的联合研究小组确定了一条新的代谢途径,其中微生物使用单一碳(C1)气体(CO和CO 2)作为原料。与现有的代谢途径相比,新的代谢途径被认为是能量效率最高的途径,因此有望被用于涉及将C1气体转化为增值生化物质的各种工业应用中。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上,该研究由UNIST能源与化学工程学院的Kim Donghyuk Kim教授和KAIST生物科学系的Byung-Kwan Cho教授联合进行。宋约瑟(韩国科学技术大学生物科学系)第一作者。

目前有6种自养的CO 2固定途径,能够将C1气体转化为有机化合物,其中一个典型的例子是植物的光合作用。在这些CO 2 -定影代谢途径在自然界中,线性木扬达尔途径(WLP)在系统发生上不同acetateforming产乙酸菌是已知的最有效的能量途径修复C1化合物。尤其是,乙酸根在全球碳循环中起着重要作用,每年形成近1,013千克(1000亿美元)的乙酸。

但是,产乙酸菌的生长速率比工业微生物(例如大肠杆菌)的生长速率慢10倍。这限制了其作为工业微生物用于将C1气体转化为有用的生化产品的用途。因此,已经进行了关于新的和更有效的CO 2固定的许多研究。

研究团队特别关注了梭状芽胞杆菌的生长速度,该速度比其他微生物快,并伴有CO 2吸收。并且,他们希望借此找到提高C1气体转化效率的线索。

在这项研究中,基于完整的基因组序列,转录组学,基于13C同位素的代谢物追踪实验,生化测定以及在另一种乙酸原中的途径的异源表达,使用重建的基因组规模代谢模型iSL771,研究小组发现WLP和甘氨酸合酶途径在功能上相互连接以固定CO 2,随后将CO 2转化为乙酰CoA,乙酰磷酸和丝氨酸。

此外,这些途径的功能性合作通过绕过降低原产于乙酸原的过程中细胞代谢所需的功率降低反应,从而增加了CO 2消耗和细胞生长速率。

金教授说:“利用新的固定CO 2的新陈代谢途径,我们将克服生物合成中生产高附加值化合物的局限性,而这种局限性是由乙酸原的缓慢生长所引起的。”

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