Effect of the Glyoxylate Shunt Inactivation on Biosynthesis of Adipic Acid Through the Inverted Fatty Acid β-oxidation by Escherichia coli Strains

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Using Escherichia coli MG1655 lacIQ, ∆ackA-pta, ∆poxB, ∆ldhA, ∆adhE, ∆fadE, PL-SDφ10-atoB, Ptrc-ideal-4-SDφ10-fadB, PL-SDφ10-tesB, ∆yciA as a core strain, the derivatives capable of synthesizing adipic acid from glucose through the inverted fatty acid β-oxidation pathway were obtained. Biosynthesis of the target compound by recombinants was ensured upon the primary condensation of acetyl-CoA and succinyl-CoA by 3-oxoacyl-CoA thiolase PaaJ and the catalysis of the final reaction of the cycle by acyl-CoA dehydrogenases FadE and FabI. Deletion in the strains of sucCD genes encoding components of succinyl-CoA synthase did not increase the relative intracellular availability of succinyl-CoA for target biosynthetic reactions and did not lead to an increase in adipic acid accumulation by the recombinants. The secretion of succinic and malic acids by the strains with an impaired tricarboxylic acid cycle remained almost unchanged, indicating the activity in the cells of glyoxylate shunt reactions that compete with the cycle reactions for isocitrate, required for succinyl-CoA formation. When isocitrate lyase, malate synthases A and G, and bifunctional kinase/phosphatase isocitrate dehydrogenase were inactivated in strains due to deletion of the aceBAK operon genes and glcB, adipic acid synthesis by recombinants increased threefold and reached 0.33 mM.

About the authors

A. Yu. Gulevich

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: andrey.gulevich@gmail.com.ru
Russia, 117312, Moscow

A. Yu. Skorokhodova

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: andrey.gulevich@gmail.com.ru
Russia, 117312, Moscow

V. G. Debabov

Federal Research Centre “Fundamentals of Biotechnology” of the Russian Academy of Sciences

Email: andrey.gulevich@gmail.com.ru
Russia, 117312, Moscow

References

  1. Lang M., Li H. // ChemSusChem. 2022. V. 15. № 1. e202101531. https://doi.org/10.1002/cssc.202101531
  2. Skoog E., Shin J.H., Saez-Jimenez V., Mapelli V., Olsson L. // Biotechnol. Adv. 2018. V. 36. № 8. P. 2248–2263.
  3. Thomas J.M., Raja R., Johnson B.F., O’Connell T.J., Sankar G., Khimyak T. // Chem. Commun. 2003. V. 21 № 10. P. 1126–1127.
  4. Lin Y., Sun X., Yuan Q., Yan Y. // Metab. Eng. 2014. V. 23. P. 62–69.
  5. Zhang H., Li Z., Pereira B., Stephanopoulos G. // Microb. Cell. Factories. 2015. V. 14. № 1. https://doi.org/10.1186/s12934-015-0319-0
  6. Weber C., Brueckner C., Weinreb S., Lehr C., Essl C., Boles E. // Appl. Environ. Microbiol. 2012. V. 78. P. 8421–8430.
  7. Curran K.A., Leavitt J.M., Karim A.S., Alper H.S. // Metab. Eng. 2013. V. 15. P. 55–66.
  8. Kallscheuer T., Gätgens J., Lübcke M., Pietruszka J., Bott M., Polen T. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017. V. 101. № 6. P. 2371–2382.
  9. Yu J.L., Xia X.X., Zhong J.J., Qian Z.G. // Biotechnol. Bioeng. 2014. V. 111. № 12. P. 2580–2586.
  10. Babu T., Yun E.J., Kim S., Kim D.H., Liu K.H., Kim S.R., Kim K.H. //Proc. Bioch. 2015. V. 50. № 12. P. 2066–2071.
  11. Cheong S., Clomburg J.M., Gonzalez R. // Nat. Biotechnol. 2016. V. 34. № 5. P. 556–561.
  12. Zhao M., Huang D., Zhang X., Koffas M.A.G., Zhou J., Deng Y. // Metab. Eng. 2018. V. 47. P. 254–262.
  13. Park S.J., Chao G., Gunsalus R.P. // J. Bacteriol. 1997. V. 179. P. 4138–4142.
  14. Skorokhodova A.Y., Gulevich A.Y., Morzhakova A.A., Shakulov R.S., Debabov V.G. // Biotechnol. Lett. 2013. V. 35. № 4. P. 577–583.
  15. Гулевич А.Ю., Скороходова А.Ю., Дебабов В.Г. // Прикл. биохимия и микробиология. 2022. Т. 58. № 4. С. 330–337.
  16. Sambrook J., Fritsch E., Maniatis T. // Molecular Cloning: a Laboratory Manual, 2nd Ed., N.Y.: Cold Spring Harbor Lab. Press, 1989. 1659 p.
  17. Datsenko K.A., Wanner B.L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. № 12. P. 6640–6645.
  18. Каташкина Ж.И., Скороходова А.Ю., Зименков Д.В., Гулевич А.Ю., Минаева Н.И., Дорошенко В.Г., Бирюкова И.В., Машко С.В. // Молекулярная биология. 2005. Т. 39. № 5. С. 823–831.
  19. Скороходова А.Ю., Гулевич А.Ю., Дебабов В.Г. // Прикл. биохимия и микробиология. 2018. Т. 54. № 3. С. 244–252.
  20. Гулевич А.Ю., Скороходова А.Ю., Ермишев В.Ю., Крылов А.А., Минаева Н.И., Полонская З.М., Зименков Д.В., Бирюкова И.В., Машко С.В. // Молекулярная биология. 2009. Т. 43. № 3. С. 547–557.
  21. Vemuri G.N., Altman E., Sangurdekar D.P., Khodursky A.B., Eiteman M.A. // Appl. Environ. Microbiol. 2006. V. 72. P. 3653–3661.
  22. Laporte D.C., Stueland C.S., Ikeda T.P. // Biochimie. 1989. V. 71. № 9–10. P. 1051–1057.
  23. Cronan J.E., Laporte D. // Tricarboxylic Acid Cycle and Glyoxylate Bypass, in: Neidhardt F. (Ed.) Escherichia coli and Salmonella: Cellular and Molecular Biology, Washington: ASM Press, 1996. P. 206–216.
  24. Waegeman H., Beauprez J., Moens H., Maertens J., De Mey M., Foulquié-Moreno M.R., Heijnen J.J., Charlier D., Soetaert W. // BMC Microbiol. 2011. V. 11. № 70. https://doi.org/10.1186/1471-2180-11-70
  25. Clomburg J.M., Vick J.E., Blankschien M.D., Rodríguez-Moyá M., Gonzalez R. // ACS Synth. Biol. 2012. V. 1. P. 541–554.
  26. Zhuang Z., Song F., Zhao H., Li L., Cao J., Eisenstein E., Herzberg O., Dunaway-Mariano D. // Biochemistry. 2008. V. 47. № 9. P. 2789–2796.
  27. Chen M., Ma X., Chen X., Jiang M., Song H., Guo Z. // J. Bacteriol. 2013. V. 195. № 12. P. 2768–2775.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2023 А.Ю. Гулевич, А.Ю. Скороходова, В.Г. Дебабов

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».