숙신산 발효

Succinic acid fermentation

숙신산의 미생물 생성은 악티노바실루스 숙시노제네스,[1] 만하임 숙시니피루덕스, 아나에로비오스피루숙시니피루덕센스 또는 유전자 변형 대장균, 코리네박테륨 글루탐, 사카로미세스 세레비시아이 등의 야생세균에 의해 이루어질 수 있다.이들 유기체의 중심탄소대사에 대한 이해는 기질로서 사용되는 탄소원에 대한 석신산의 최대 획득 수율을 결정하는 데 매우 중요하다.

대사 경로

바이오매스 형성에 이용된 탄소는 무시(사용된 총 탄소의 극히 일부인 것으로 알려져 있음) 기본 생화학적 균형은 이들 유기체의 확립된 대사[2] 경로를 기반으로 수행될 수 있다.포도당을 기질로서 사용하는 것은 먼저 자연적으로 생성되는 숙신산 생산자가 고려된다.이러한 유기체는 숙신산 생성의 NADH 요구 사항의 균형을 맞추기 위해 아세트산(그리고 때로는 포름산)의 배설물을 사용한다.그림 1과 그림 2와 같이 두 가지 경로가 존재할 수 있습니다.두 경로의 차이는 피루브산염 분해효소가 그림 1에서 사용되고 피루브산탈수소효소가 그림 2에서 사용되는 피루브산 산화 단계에 있다.그림 2에서 생성된 추가 NADH는 그림 1의 50%에 비해 몰 포도당 플럭스의 66%가 숙신산으로 귀결된다.전체 산출량은 그림 1의 경로에서 포도당 소비량(g/g) g당 0.66g의 숙신산이 발생하는 질량 기준으로 표시할 수 있다.그림 2의 경로는 0.87 g/g의 수율을 나타낸다.

Figure 1: Metabolic pathway for producing succinic acid. NADH balance is achieved by acetic and formic acid production. Pyruvate oxidation via the formate lyase route.
Figure 2: Metabolic pathway for producing succinic acid. NADH balance is achieved by acetic acid production. Pyruvate oxidation via the pyruvate dehydrogenase route.

대사 경로는 숙신산을 유일한 배설 [3]생성물로 하기 위해 유전적으로 조작될 수 있다.이는 그림 3과 같이 혐기성 조건 하에서 트리카르본산회로(TCA)의 산화 부분을 사용하여 달성할 수 있다.또는 글리옥실산염 바이패스를 사용하여 동일한 결과를 얻을 수 있다(그림 4).두 시나리오 모두 질량 기준 숙신산 수율은 1.12g/g이다.이는 이론적으로 최대 수율이 이산화탄소의 고정에 의해 소비되는 포도당보다 더 많은 숙신산이 형성된다는 것을 의미한다.

Figure 3: Metabolic pathway for producing succinic acid without byproducts. NADH balance is achieved by oxidative TCA branch.
Figure 4: Metabolic pathway for producing succinic acid without byproducts. NADH balance is achieved by oxidative glyoxylate cycle.

레퍼런스

  1. ^ 반 히어든, CD; 니콜, W. (2013)"악티노바실루스 숙시노게네스에 의한 지속적인 숙신산 발효"생화학 공학 저널, 73세퍼블리셔에서 참조
  2. ^ 맥킨레이, J. B., 자이커스, J. G., 비에유, C. (2005)"화학적으로 정의된 배지에서 Actinobacillus sucinogenes 발효대사 내시경 검사"Applied and Environmental Microbology, 71:11.퍼블리셔에서 참조
  3. ^ 반 히어든, CD; 니콜, W. (2013)"숙신산 발효를 위한 대장균 KJ134의 연속 및 배치 배양: 대사 플럭스 분포와 생산 특성", 미생물 세포 공장, 12:80.퍼블리셔에서 참조