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한태희
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KAIST
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Glutaric acid production by systems metabolic engineering of an l-lysine–overproducing Corynebacterium glutamicum
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Abstract

There is increasing industrial demand for five-carbon platform chemicals, particularly glutaric acid, a widely used building block chemical for the synthesis of polyesters and polyamides. Here we report the development of an efficient glutaric acid microbial producer by systems metabolic engineering of an l-lysine–overproducing Corynebacterium glutamicum BE strain. Based on our previous study, an optimal synthetic metabolic pathway comprising Pseudomonas putida l-lysine monooxygenase (davB) and 5-aminovaleramide amidohydrolase (davA) genes and C. glutamicum 4-aminobutyrate aminotransferase (gabT) and succinate-semialdehyde dehydrogenase (gabD) genes, was introduced into the C. glutamicum BE strain. Through system-wide analyses including genome-scale metabolic simulation, comparative transcriptome analysis, and flux response analysis, 11 target genes to be manipulated were identified and expressed at desired levels to increase the supply of direct precursor l-lysine and reduce precursor loss. A glutaric acid exporter encoded by ynfM was discovered and overexpressed to further enhance glutaric acid production. Fermentation conditions, including oxygen transfer rate, batch-phase glucose level, and nutrient feeding strategy, were optimized for the efficient production of glutaric acid. Fed-batch culture of the final engineered strain produced 105.3 g/L of glutaric acid in 69 h without any byproduct. The strategies of metabolic engineering and fermentation optimization described here will be useful for developing engineered microorganisms for the high-level bio-based production of other chemicals of interest to industry.

metabolic engineering, Corynebacterium glutamicum, glutaric acid, multiomics

논문정보
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2020년 후보
- 형식: Research article
- 게재일: 2020년 11월 (BRIC 등록일 2020-11-17)
- 연구진: 국내연구진태극기
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