解析铜绿假单胞菌H16中衣康酸及相关支链C5-二羧酸在基于二氧化碳的生产过程中的代谢机制

《Journal of Biological Engineering》：Unravelling the metabolism of itaconate and related branched C5-dicarboxylates for CO2-based production in Cupriavidus necator H16

　　

摘要

支链C5-二羧酸类物质（C5-DCAs），如衣康酸，是一种高价值的平台化学品，在生物基聚合物的合成中有着广泛的应用。除了其工业价值外，衣康酸还因作为重要的免疫调节代谢物而受到关注。在本研究中，我们证明了Cupriavidus necator能够以衣康酸作为唯一的碳源生长，并通过靶向基因删除确定了参与其降解的关键基因。这些基因包括衣康酸CoA转移酶、衣康酰-CoA水合酶以及(S)-柠檬醛酰-CoA裂解酶的多种功能同源物，它们共同负责衣康酸的代谢过程。我们还发现了一种名为ItcR1的LysR型转录调控因子，它是调控衣康酸响应性基因表达的关键因素。转录组分析显示，对衣康酸、甲基琥珀酸和梅萨康酸存在更广泛的转录反应，这表明C5-DCA代谢的功能更为复杂。最后，通过表达异源的cis-阿科尼酸脱羧酶，我们实现了从二氧化碳和氢气中自养生产出包含甲基琥珀酸、柠檬醛酸、梅萨康酸和衣康酸的C5-DCA混合物。这些研究结果为C. necator中的支链C5-DCA代谢提供了新的见解，同时也推动了将其作为利用无机原料可持续生产这些具有工业价值的化合物的载体这一目标的实现。