Применение бактерий со сверхэкспрессией гена cadA для биоконверсии лизина в кадаверин
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-1-54-60Ключевые слова:
кадаверин, лизин, декарбоксилаза, сверхэкспрессия, цельноклеточные биокатализаторыАннотация
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.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.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Лицензионный договор на право использования научного произведения в научных журналах, учредителем которых является Пермский государственный национальный исследовательский университет
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.
