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Recent advances in n-butanol and butyrate production using engineered Clostridium tyrobutyricum
World Journal of Microbiology and Biotechnology ( IF 4.1 ) Pub Date : 2020-08-14 , DOI: 10.1007/s11274-020-02914-2
Teng Bao 1 , Jun Feng 2 , Wenyan Jiang 1 , Hongxin Fu 2 , Jufang Wang 2 , Shang-Tian Yang 1
Affiliation  

Acidogenic clostridia naturally producing acetic and butyric acids has attracted high interest as a novel host for butyrate and n-butanol production. Among them, Clostridium tyrobutyricum is a hyper butyrate-producing bacterium, which re-assimilates acetate for butyrate biosynthesis by butyryl-CoA/acetate CoA transferase (CoAT), rather than the phosphotransbutyrylase-butyrate kinase (PTB-BK) pathway widely found in clostridia and other microbial species. To date, C. tyrobutyricum has been engineered to overexpress a heterologous alcohol/aldehyde dehydrogenase, which converts butyryl-CoA to n-butanol. Compared to conventional solventogenic clostridia, which produce acetone, ethanol, and butanol in a biphasic fermentation process, the engineered C. tyrobutyricum with a high metabolic flux toward butyryl-CoA produced n-butanol at a high yield of > 0.30 g/g and titer of > 20 g/L in glucose fermentation. With no acetone production and a high C4/C2 ratio, butanol was the only major fermentation product by the recombinant C. tyrobutyricum, allowing simplified downstream processing for product purification. In this review, novel metabolic engineering strategies to improve n-butanol and butyrate production by C. tyrobutyricum from various substrates, including glucose, xylose, galactose, sucrose, and cellulosic hydrolysates containing the mixture of glucose and xylose, are discussed. Compared to other recombinant hosts such as Clostridium acetobutylicum and Escherichia coli, the engineered C. tyrobutyricum strains with higher butyrate and butanol titers, yields and productivities are the most promising hosts for potential industrial applications.

中文翻译:

使用工程化酪丁酸梭菌生产正丁醇和丁酸盐的最新进展

天然产生乙酸和丁酸的产酸梭菌作为丁酸和正丁醇生产的新型宿主引起了人们的高度关注。其中,酪丁酸梭菌是一种超产丁酸细菌,通过丁酰辅酶A/乙酸辅酶A转移酶(CoAT)重新同化乙酸以进行丁酸生物合成,而不是广泛存在于梭菌中的磷酸转丁酰酶-丁酸激酶(PTB-BK)途径和其他微生物物种。迄今为止,酪丁酸梭菌已被设计为过表达异源醇/醛脱氢酶,将丁酰辅酶 A 转化为正丁醇。与在双相发酵过程中产生丙酮、乙醇和丁醇的传统产溶剂梭菌相比,具有向丁酰辅酶 A 的高代谢通量的工程化酪丁酸梭菌以高产率生产正丁醇 > 0.30 g/g,在葡萄糖发酵中滴度 > 20 g/L。由于没有丙酮生产和高 C4/C2 比率,丁醇是重组酪丁酸梭菌的唯一主要发酵产物,从而简化了产品纯化的下游加工。在这篇综述中,讨论了改善酪丁酸梭菌从各种底物(包括葡萄糖、木糖、半乳糖、蔗糖和含有葡萄糖和木糖混合物的纤维素水解物)生产正丁醇和丁酸盐的新代谢工程策略。与丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌等其他重组宿主相比,具有更高丁酸和丁醇滴度、产量和生产力的工程化酪丁酸梭菌菌株是最有潜力的工业应用宿主。20 g/L 在葡萄糖发酵中。由于没有丙酮生产和高 C4/C2 比率,丁醇是重组酪丁酸梭菌的唯一主要发酵产物,从而简化了产品纯化的下游加工。在这篇综述中,讨论了改善酪丁酸梭菌从各种底物(包括葡萄糖、木糖、半乳糖、蔗糖和含有葡萄糖和木糖混合物的纤维素水解物)生产正丁醇和丁酸盐的新代谢工程策略。与丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌等其他重组宿主相比,具有更高丁酸和丁醇滴度、产量和生产力的工程化酪丁酸梭菌菌株是最有潜力的工业应用宿主。20 g/L 在葡萄糖发酵中。由于没有丙酮生产和高 C4/C2 比率,丁醇是重组酪丁酸梭菌的唯一主要发酵产物,从而简化了产品纯化的下游加工。在这篇综述中,讨论了改善酪丁酸梭菌从各种底物(包括葡萄糖、木糖、半乳糖、蔗糖和含有葡萄糖和木糖混合物的纤维素水解物)生产正丁醇和丁酸盐的新代谢工程策略。与其他重组宿主(如丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌)相比,具有更高丁酸和丁醇滴度、产量和生产力的工程化酪丁酸梭菌菌株是潜在工业应用最有前途的宿主。丁醇是重组酪丁酸梭菌的唯一主要发酵产品,可以简化产品纯化的下游加工。在这篇综述中,讨论了改善酪丁酸梭菌从各种底物(包括葡萄糖、木糖、半乳糖、蔗糖和含有葡萄糖和木糖混合物的纤维素水解物)生产正丁醇和丁酸盐的新代谢工程策略。与其他重组宿主(如丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌)相比,具有更高丁酸和丁醇滴度、产量和生产力的工程化酪丁酸梭菌菌株是潜在工业应用最有前途的宿主。丁醇是重组酪丁酸梭菌的唯一主要发酵产品,可以简化产品纯化的下游加工。在这篇综述中,讨论了改善酪丁酸梭菌从各种底物(包括葡萄糖、木糖、半乳糖、蔗糖和含有葡萄糖和木糖混合物的纤维素水解物)生产正丁醇和丁酸盐的新代谢工程策略。与丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌等其他重组宿主相比,具有更高丁酸和丁醇滴度、产量和生产力的工程化酪丁酸梭菌菌株是最有潜力的工业应用宿主。讨论了改进酪丁酸梭菌从各种底物(包括葡萄糖、木糖、半乳糖、蔗糖和含有葡萄糖和木糖混合物的纤维素水解物)生产正丁醇和丁酸盐的新代谢工程策略。与丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌等其他重组宿主相比,具有更高丁酸和丁醇滴度、产量和生产力的工程化酪丁酸梭菌菌株是最有潜力的工业应用宿主。讨论了改进酪丁酸梭菌从各种底物(包括葡萄糖、木糖、半乳糖、蔗糖和含有葡萄糖和木糖混合物的纤维素水解物)生产正丁醇和丁酸盐的新代谢工程策略。与其他重组宿主(如丙酮丁醇梭菌和大肠杆菌)相比,具有更高丁酸和丁醇滴度、产量和生产力的工程化酪丁酸梭菌菌株是潜在工业应用最有前途的宿主。
更新日期:2020-08-14
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