生物基塑料单体5-氨基戊酸的生物合成新途径
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国家重点研发计划(2022YFC2105700,2021YFC2103300,2021YFE0190800);国家自然科学基金(21978027);中央高校基本科研业务费专项资金(2022CDJXY-003,2022CDJHLW006,2020CDCGJ020,2020CDCGHG068);重庆市杰出青年基金(cstc2021jcyj-jqX0013);重庆市教育委员会科学技术研究计划青年项目(KJQN201900112)


A new biosynthesis route for production of 5-aminovalanoic acid, a biobased plastic monomer
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    摘要:

    5-氨基戊酸(5-aminovalanoic acid, 5AVA)可作为新型塑料尼龙5和尼龙56的前体,是合成聚酰亚胺的有前途的平台化合物。目前5-氨基戊酸的生物合成法普遍产率较低且合成过程复杂,成本高。为实现5AVA的绿色生物合成,本研究通过组合表达来自日本白腹鲭(Scomber japonicas)的l-赖氨酸α-氧化酶、来自乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)的α-酮酸脱羧酶和来自大肠杆菌(Escherichia coli)的醛脱氢酶,在大肠杆菌中建立了一条以l-赖氨酸为原料,以2-酮-6-氨基己酸盐为中间产物生物合成5AVA的途径。在葡萄糖浓度为55 g/L,赖氨酸盐酸盐40 g/L的初始条件下,最终消耗158 g/L的葡萄糖和144 g/L的赖氨酸盐酸盐,补料分批发酵产生了57.52 g/L的5AVA,摩尔得率为0.62 mol/mol。与文献报道的以2-酮-6-氨基己酸盐为中间产物的5AVA生物合成途径相比,本文报道的新途径无需使用乙醇和双氧水,且5AVA产量进一步提高。

    Abstract:

    5-aminovalanoic acid (5AVA) can be used as the precursor of new plastics nylon 5 and nylon 56, and is a promising platform compound for the synthesis of polyimides. At present, the biosynthesis of 5-aminovalanoic acid generally is of low yield, complex synthesis process and high cost, which hampers large-scale industrial production. In order to achieve efficient biosynthesis of 5AVA, we developed a new pathway mediated by 2-keto-6- aminohexanoate. By combinatory expression of l-lysine α-oxidase from Scomber japonicus, α-ketoacid decarcarboxylase from Lactococcus lactis and aldehyde dehydrogenase from Escherichia coli, the synthesis of 5AVA from l-lysine in Escherichia coli was achieved. Under the initial conditions of glucose concentration of 55 g/L and lysine hydrochloride of 40 g/L, the final consumption of 158 g/L glucose and 144 g/L lysine hydrochloride, feeding batch fermentation to produce 57.52 g/L of 5AVA, and the molar yield is 0.62 mol/mol. The new 5AVA biosynthetic pathway does not require ethanol and H2O2, and achieved a higher production efficiency as compared to the previously reported Bio-Chem hybrid pathway mediated by 2-keto-6-aminohexanoate.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

康雅琦,罗若诗,林凡祯,程杰,周桢,王丹. 生物基塑料单体5-氨基戊酸的生物合成新途径[J]. 生物工程学报, 2023, 39(5): 2070-2080

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  • 收稿日期:2022-11-18
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  • 在线发布日期: 2023-05-08
  • 出版日期: 2023-05-25
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