Expression of heterologous PEP-carboxylase in Methylococcus capsulatus MIR: the influence on growth characteristics and amino acid composition of methanotrophic biomass

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Methylococcus capsulatus MIR is a strain of methanotrophic bacteria that is potentially suitable for producing feed protein and other value-added products from methane. Genomic analysis did not reveal in Mc. capsulatus MIR known pathways of C3-carboxylation, necessary for the replenishment of intermediates of the tricarboxylic acid cycle and the full functioning of metabolism. The pepc gene encoding PEP carboxylase in Methylomonas rapida 12 was introduced into Mc. capsulatus MIR cells on a plasmid under the control of a medium-strength promoter. Expression of heterologous PEP carboxylase led to an increase in the content of glutamate, glycine and lysine in the cells of the recombinant strain, but did not increase to the growth rate of the culture. Consequently, the introduction of heterologous PEP carboxylase, which carries out the C3-carboxylation reaction, helps to increase the nutritional value of the methanotroph biomass.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. Y. But

Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences; Pushchino Scientific Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sergeybut20063@gmail.com

Winogradsky Institute of Microbiology; Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

Russian Federation, Moscow, 119071; Moscow region, Pushchino, 142290

O. N. Rozova

Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences; Pushchino Scientific Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences

Email: sergeybut20063@gmail.com

Winogradsky Institute of Microbiology; Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

Russian Federation, Moscow, 119071; Moscow region, Pushchino, 142290

S. V. Chistyakova

Pushchino Scientific Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences

Email: sergeybut20063@gmail.com

Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

Russian Federation, Moscow region, Pushchino, 142290

D. S. Potapova

Tula State University

Email: sergeybut20063@gmail.com
Russian Federation, Tula, 300012

V. N. Khmelenina

Pushchino Scientific Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences

Email: sergeybut20063@gmail.com

Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

Russian Federation, Moscow region, Pushchino, 142290

I. I. Mustakhimov

Research Center of Biotechnology, Russian Academy of Sciences; Pushchino Scientific Center for Biological Research, Russian Academy of Sciences

Email: sergeybut20063@gmail.com

Winogradsky Institute of Microbiology; Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms

Russian Federation, Moscow, 119071; Moscow region, Pushchino, 142290

References

  1. Розова О. Н., Хмеленина В. Н., Мустахимов И. И., Бут С. Ю., Троценко Ю. А. Свойства рекомбинантного малик-фермента у аэробного метанотрофа Methylosinus trichosporium // Биохимия. 2019. T. 84. C. 532–539.
  2. Rozova O. N., Khmelenina V. N., Mustakhimov I. I., But S. Yu., Trotsenko Yu.A . Properties of malic enzyme from the aerobic methanotroph Methylosinus trichosporium // Biochemistry (Moscow). 2019. V. 84. Р. 390‒397.
  3. Хмеленина В. Н., Бесчастный А. П., Гаязов А. П., Троценко Ю. А. . Влияние пирофосфата на рост и метаболизм Methylomonas methanica // Микробиология. 1994. Т. 63. С. 188–193.
  4. B uch A., Archana G., Naresh Kumar G. Heterologous expression of phosphoenolpyruvate carboxylase enhances the phosphate solubilizing ability of fluorescent pseudomonads by altering the glucose catabolism to improve biomass yield // Bioresour Technol. 2010. V. 101. P. 679–687.
  5. But S. Y., Egorova S. V., Khmelenina V. N., Mustakhimov I. I. Malyl-CoA lyase provides glycine/glyoxylate synthesis in type I methanotroph // FEMS Microbiol. Lett. 2020. V. 367. Art. fnaa207.
  6. But S. Y., Egorova S. V., Khmelenina V. N., Trotsenko Y. A. Serine-glyoxylate aminotranferases from methanotrophs using different C1-assimilation pathways // Antonie van Leeuwenhoek. 2019. V. 112. P. 741–751.
  7. Hanson R., Hanson T. Methanotrophic bacteria // Microbiol. Rev. 1996. V. 60. P. 439–471.
  8. Henard C. A., Smith H., Dowe N., Kalyuzhnaya M. G., Pienkos P. T., Guarnieri M. T. Bioconversion of methane to lactate by an obligate methanotrophic bacterium // Sci. Rep. 2016. V. 6. Art. 21585.
  9. Koffas M. A.G., Jung G. Y., Stephanopoulos G. Engineering metabolism and product formation in Corynebacterium glutamicum by coordinated gene overexpression // Metab. Eng. 2003. V. 5. P. 32–41.
  10. Oshkin I. Y., Danilova O. V., But S. Y., Miroshnikov K. K., Suleimanov R. Z., Belova S. E., Tikhonova E. N., Kuznetsov N. N., Khmelenina V. N., Pimenov N. V., Dedysh S. N. Expanding characterized diversity and the pool of complete genome sequences of Methylococcus species, the bacteria of high environmental and biotechnological relevance // Front. Microbiol. 2021. V. 12. Art. 756830.
  11. Oshkin I. Y., Suleimanov R. Z., Khmelenina V. N., Mardanov A. V., Pimenov N. V. , Dedysh S. N. Complete genome sequence of Methylococcus capsulatus MIR, a methanotroph capable of growth on methanol // Microbiol. Resour. Announc. 2022. V. 11. Art. e0054222.
  12. Rumah B. L., Claxton Stevens B. H., Yeboah J. E., Stead C. E., Harding E. L., Minton N. P., Zhang Y. In vivo genome editing in type I and II methanotrophs using a CRISPR/Cas9 system // ACS Synth. Biol. 2023. V. 12. P. 544–554.
  13. Schaefer H., Mikaloff Fletcher S. E., Veidt C., Lassey K. R., Brailsford G. W., Bromley T. M., Dlugokencky E. J., Michel S. E., Miller J. B., Levin I., Lowe D. C., Martin R. J. , Vaughn B. H., White J. W.C. A 21 st -century shift from fossil-fuel to biogenic methane emissions indicated by 13 CH 4 // Science. 2016. V. 352. P. 80–84.
  14. Strong P. J., Kalyuzhnaya M., Silverman J., Clarke W. P. A methanotroph-based biorefinery: potential scenarios for generating multiple products from a single fermentation // Bioresour. Technol. 2016. V. 215. P. 314–323.
  15. Tollefson J . Scientists raise alarm over “dangerously fast” growth in atmospheric methane // Nature. 2022. https://doi.org/10.1038/d41586-022-00312-2

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Growth curves of strains MIR/pAWP-Pphac (1) and MIR/pAWP-pepc (2).

Download (16KB)
3. Fig. 2. Accumulation of amino acids by cells of the MIR/pAWP-Pphac (1) and MIR/pAWP-pepc (2) strains. Bars represent the standard deviation for three independent experiments. Student's t-test was used to determine the statistical significance of differences; *p < 0.05.

Download (18KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».