Diols are versatile chemicals used for multiple manufacturing products. In some previous studies, Escherichia coli has been engineered to produce 1,2-propanediol (1,2-PDO) and 1,3-propanediol (1,3-PDO) from glucose. However, there are no reports on the direct production of these diols from starch instead of glucose as a substrate. In this study, we directly produced 1,2-PDO and 1,3-PDO from starch using E. coli engineered for expressing a heterologous α-amylase, along with the expression of 1,2-PDO and 1,3-PDO synthetic genes. For this, the recombinant plasmids, pVUB3-SBA harboring amyA gene for α-amylase production, pSR5 harboring pct, pduP, and yahK genes for 1,2-PDO production, and pSR8 harboring gpd1-gpp2, dhaB123, gdrAB, and dhaT genes for 1,3-PDO production, were constructed. Subsequently, E. coli BW25113 (ΔpflA) and BW25113 strains were transformed with pVUB3-SBA, pSR5, and/or pSR8. Using these transformants, direct production of 1,2-PDO and 1,3-PDO from starch was demonstrated under microaerobic condition. As a result, the maximum production titers of 1,2-PDO and 1,3-PDO from 1% glucose as a sole carbon source were 13 mg/L and 150 mg/L, respectively. The maximum production titers from 1% starch were similar levels (30 mg/L 1,2-PDO and 120 mg/L 1,3-PDO). These data indicate that starch can be an alternative carbon source for the production of 1,2-PDO and 1,3-PDO in engineered E. coli. This technology could simplify the upstream process of diol bioproduction.

中文翻译：

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从淀粉中直接生产 1,2-丙二醇和 1,3-丙二醇的工程大肠杆菌

二醇是用于多种制造产品的多功能化学品。在之前的一些研究中，大肠杆菌已被设计为从葡萄糖生产 1,2-丙二醇 (1,2-PDO) 和 1,3-丙二醇 (1,3-PDO)。然而，没有关于以淀粉代替葡萄糖作为底物直接生产这些二醇的报道。在这项研究中，我们使用为表达异源 α-淀粉酶而设计的大肠杆菌直接从淀粉中生产 1,2-PDO 和 1,3-PDO，同时表达 1,2-PDO 和 1,3-PDO 合成基因。为此，重组质粒 pVUB3-SBA 含有用于 α-淀粉酶生产的 amyA 基因，pSR5 含有用于 1,2-PDO 生产的 pct、pduP 和 yahK 基因，以及 pSR8 含有 gpd1-gpp2、dhaB123、gdrAB 和 dhaT 基因用于 1,3-PDO 生产。随后，E. 用 pVUB3-SBA、pSR5 和/或 pSR8 转化大肠杆菌 BW25113 (ΔpflA) 和 BW25113 菌株。使用这些转化体，在微需氧条件下证明了从淀粉直接生产 1,2-PDO 和 1,3-PDO。因此，以 1% 葡萄糖作为唯一碳源的 1,2-PDO 和 1,3-PDO 的最大生产效价分别为 13 mg/L 和 150 mg/L。1% 淀粉的最大生产效价是相似的水平（30 mg/L 1,2-PDO 和 120 mg/L 1,3-PDO）。这些数据表明，淀粉可以作为在工程大肠杆菌中生产 1,2-PDO 和 1,3-PDO 的替代碳源。该技术可以简化二醇生物生产的上游过程。因此，以 1% 葡萄糖作为唯一碳源的 1,2-PDO 和 1,3-PDO 的最大生产效价分别为 13 mg/L 和 150 mg/L。1% 淀粉的最大生产效价是相似的水平（30 mg/L 1,2-PDO 和 120 mg/L 1,3-PDO）。这些数据表明，淀粉可以作为在工程大肠杆菌中生产 1,2-PDO 和 1,3-PDO 的替代碳源。该技术可以简化二醇生物生产的上游过程。因此，以 1% 葡萄糖作为唯一碳源的 1,2-PDO 和 1,3-PDO 的最大生产效价分别为 13 mg/L 和 150 mg/L。1% 淀粉的最大生产效价是相似的水平（30 mg/L 1,2-PDO 和 120 mg/L 1,3-PDO）。这些数据表明，淀粉可以作为在工程大肠杆菌中生产 1,2-PDO 和 1,3-PDO 的替代碳源。该技术可以简化二醇生物生产的上游过程。