Применение бактерий со сверхэкспрессией гена cadA для биоконверсии лизина в кадаверин

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf
Опубликован: мар 22, 2024
DOI: https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-1-54-60
Ключевые слова:
кадаверин лизин декарбоксилаза сверхэкспрессия цельноклеточные биокатализаторы

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Анна Викторовна Ахова
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН – филиал ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия
https://orcid.org/0000-0002-3477-750X
Полина Михайловна Федоненко
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия
https://orcid.org/0009-0000-5259-4267
Михаил Сергеевич Шумков
Институт биохимии им. А.Н. Баха, ФИЦ Биотехнологии РАН, Москва, Россия
https://orcid.org/0000-0001-5671-5724
Александр Георгиевич Ткаченко
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН – филиал ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия
https://orcid.org/0000-0002-8631-8583

Аннотация

Сконструирован штамм Escherichia coli со сверхэкспрессией гена cadA, кодирующего лизиндекарбоксилазу, и проведена оценка его способности конвертировать лизин в кадаверин в зависимости от рН среды. Клетки, сверхэкспрессирующие лизиндекарбоксилазу, получены на основе штамма E. coli BL21DE3, трансформированного плазмидой pET19b, несущей ген cadA из E. coli MC4100. Бактерии культивировали в 5 мл бульона LB при 37ºС без перемешивания, сверхэкспрессию cadA запускали добавкой 1 мМ изопропил-β-D-тиогалактопиранозида (при ОП600=0.6), через 2 ч. клетки отмывали и переносили в среду с рН 7.4 или 4.0 с добавкой 5 г/л L-лизина гидрохлорида. Количество синтезированного кадаверина определяли методом ТСХ с предварительной дериватизацией дансилхлоридом. Максимальная скорость биоконверсии наблюдалась при культивировании клеток, сверхэкспрессирующих cadA в среде с рН 4.0 (2.8±0.7 ммоль кадаверина/г АСБ в час). Скорость биоконверсии в базовых условиях (рН 7.4, базовая экспрессия) была в 6.8 раз ниже. Конечная концентрация кадаверина при культивировании в среде с рН 7.4 и/или в условиях отсутствия сверхэкспрессии гена cadA составила 0.8–1 мМ, в условиях сверхэкспрессии гена в нейтральной среде накапливалось до 1.2 мМ кадаверина, а в кислой среде – 1.8 мМ.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Ахова, А. В., Федоненко, П. М., Шумков, М. С., & Ткаченко, А. Г. (2024). Применение бактерий со сверхэкспрессией гена cadA для биоконверсии лизина в кадаверин. Вестник Пермского университета. Серия Биология, (1), 54–60. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-1-54-60
Выпуск
№ 1 (2024): Вестник Пермского университета. Серия Биология
Раздел
Микробиология

Лицензионный договор на право использования научного произведения в научных журналах, учредителем которых является Пермский государственный национальный исследовательский университет

Скачать лицензионный договор

Текст Договора размещен на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета http://www.psu.ru/, а также его можно получить по электронной почте в «Отделе научных периодических и продолжающихся изданий ПГНИУ»: YakshnaN@psu.ru или в редакциях научных журналов ПГНИУ.

Биографии авторов

Анна Викторовна Ахова, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН – филиал ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия

Научный сотрудник

Полина Михайловна Федоненко, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Студент

Михаил Сергеевич Шумков, Институт биохимии им. А.Н. Баха, ФИЦ Биотехнологии РАН, Москва, Россия

старший научный сотрудник

Александр Георгиевич Ткаченко, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН – филиал ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия

Заведующий лабораторией

Библиографические ссылки

Akhova A.V., Tkachenko A.G. Cadaverine biosynthesis in Escherichia сoli adaptation to hydrogen per-oxide // Applied Biochemistry and Microbiology. 2022. Vol. 58, № 5. Р. 582–589. DOI: 10.1134/S0003683822050039.

Huang Y. et al. Green chemical and biological synthesis of cadaverine: recent development and challeng-es // RSC Advances. 2021. Vol. 11, № 39. P. 23922–23942. DOI: 10.1039/d1ra02764f.

Kanjee U., Houry W.A. Mechanisms of acid resistance in Escherichia coli // Annual Review of Microbiol-ogy. 2013. Vol. 67. P. 65–81. DOI: 10.1146/annurev-micro-092412-155708.

Kim H.J. et al. Optimization of direct lysine decarboxylase biotransformation for cadaverine production with whole-cell biocatalysts at high lysine concentration // Journal of Microbiology and Biotechnology. 2015. Vol. 25, № 7. P. 1108–1113. DOI: 10.4014/jmb.1412.12052.

Kim H.T. et al. High-level conversion of l-lysine into cadaverine by Escherichia coli whole cell biocatalyst expressing Hafnia alvei l-lysine decarboxylase // Polymers (Basel). 2019. Vol. 11, № 7. P. 1184. DOI: 10.4014/jmb.1602.02030.

Kim J.H. et al. Functional study of lysine decarboxylases from Klebsiella pneumoniae in Escherichia coli and application of whole cell bioconversion for cadaverine production // Journal of Microbiology and Biotech-nology. 2016. Vol. 26, № 9. P. 1586–1592. DOI: 10.3390/polym11071184.

Kind S. et al. From zero to hero - production of bio-based nylon from renewable resources using engi-neered Corynebacterium glutamicum // Metabolic Engineering. 2014. Vol. 25. P. 113–123. DOI: 10.1016/j.ymben.2014.05.007.

Ma W. et al. Enhanced cadaverine production from L-lysine using recombinant Escherichia coli co-overexpressing CadA and CadB // Biotechnology Letters. 2015. Vol. 37, № 4. P. 799–806. DOI: 10.1007/s10529-014-1753-5.

Ma W. et al. Advances in cadaverine bacterial production and its applications // Engineering. 2017. Vol. 3, № 3. P. 308–317. DOI: 10.1016/J.ENG.2017.03.012.

Maniatis T., Fritsch E.F., Sambrook J.K. Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, 1982. 545 p.

Meng S.Y., Bennett G.N. Nucleotide sequence of the Escherichia coli cad operon: a system for neutrali-zation of low extracellular pH // Journal of Bacteriology. 1992. Vol. 174, № 8. P. 2659–2669. DOI: 10.1128/jb.174.8.2659-2669.1992.

Nærdal I. et al. L-lysine production by Bacillus methanolicus: genome-based mutational analysis and l-lysine secretion engineering // Journal of Biotechnology. 2017. Vol. 244, P. 25–33. DOI: 10.1016/j.jbiotec.2017.02.001.

Nishi et al., 2006. US7189543B2 patent.

Oh Y.H. et al. Development of engineered Escherichia coli whole-cell biocatalysts for high-level conver-sion of L-lysine into cadaverine // Journal of Microbiology and Biotechnology. 2015. Vol. 42, № 11. P. 1481–1491. DOI: 10.1007/s10295-015-1678-6.

Qian Z.G., Xia X.X., Lee S.Y. Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of cadaver-ine: a five carbon diamine // Biotechnology and Bioengineering. 2011. Vol. 108, № 1. P. 93–103. DOI: 10.1002/bit.22918.

Shin J. et al. Characterization of a whole-cell biotransformation using a constitutive lysine decarboxylase from Escherichia coli for the high-level production of cadaverine from industrial grade l-lysine // Applied Bio-chemistry and Biotechnology. 2018. Vol. 185, № 4. P. 909–924. DOI: 10.1007/s12010-018-2696-4.

Ting W.W. et al. Whole-cell biocatalyst for cadaverine production using stable, constitutive and high ex-pression of lysine decarboxylase in recombinant Escherichia coli W3110 // Enzyme and Microbial Technology. 2021. Vol. 148. P. 109811. DOI: 10.1016/j.enzmictec.2021.109811.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)