Effect of hydrogen peroxide in the production of L-lysine-derived amino acids in Bacillus methanolicus
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3038118Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Bacillus methanolicus er en termofil, fakultativ metylotrofisk bakterie som nylig har tiltrukketseg økt interesse for sitt potensiale som en bærekraftig cellefabrikk innenfor industriell bioteknologi. Bakteriens evne til å benytte metanol som karbon og energikilde, samt at den ertermofil er grunnene til dette. Metanol har potensiale til å erstatte tradisjonelle energikilder icellekulturer innenfor industriell bioproduksjon. Stoffet kan bli produsert fra syntesegas, det erlett blandbart og stoffer er heller ikke direkte koblet opp mot den globale matvareforskyningen.5-Aminovalerat (5AVA) og L-pipekolsyre (LPA) er L-lysinderivater, som kan bli syntetisert fradet samme metabolske sporet. LPA er et vanlig kjemisk mellomprodukt som ofte benyttesunder produksjonen av høyverdi kjemikalier som anestesimiddelet ropivakain og antikreftmiddelet VX710. 5AVA er et lovende mellomprodukt som kan benyttes under syntesen av blantannet nylon og glutarsyre. I denne studien blir effekten av hydrogenperoksid på biosynteseveien til disse forbindelsene, L-lysin α-oksidase sporet, testet i B. methanolicus. Genenesom koder for enzymene involvert i dette metabolske sporet ble overuttrykt i organismen forå oppnå produksjon av LPA og 5AVA. I tillegg ble enzymet katalase overuttrykt for enten åfjerne hydrogenperoksid med mål om å øke LPA-produksjonen eller for å øke toleransen til B.methanolicus slik at en økt konsentrasjonen av hydrogenperoksid kan tilsettes bakteriekulturenfor å øke 5AVA-produksjonen. Videre fant denne studien at toksisiteten til 5AVA påvirket produksjonen av forbindelsen i B. methanolicus. Induksjonstiden ble funnet å være viktig vedproduksjon av LPA, hvor man fant at induksjon etter fire time gav høyest konsentrasjon avLPA. En konsentrasjon på 17,14 ± 7,51 mg/l og 21,41 ± 11,72 mg/l ble oppnådd for henholdsvis LPA og 5AVA. Bacillus methanolicus, a thermophilic, facultative methylotroph bacterium, has recently received increased interest due to its prospects as a sustainable cell factory in industrial biotechnology. It harbors several traits that justify this; it consumes methanol as the sole carbonand energy source and grows in elevated temperatures. Methanol has the potential to replacetraditional feedstocks for bacteria in industrial bioproduction. It can be synthesized by syngas, it is fully miscible and not directly coupled with the global food chain. 5-Aminovalerate(5AVA) and L-pipecolic acid (LPA) are L-lysine derivates that might be generated in a single metabolic pathway. LPA is a common chemical intermediate utilized for the productionof chemicals, including anesthetic drug ropivacaine and anticancer agent VX710. 5AVA haspromising prospects for use in the chemical synthesis of nylon and glutaric acid, among others.In this study, the effect of hydrogen peroxide on the biosynthetic pathway of these compounds,the L-lysine α-oxidase pathway, is tested in B. methanolicus. The genes encoding the enzymesinvolved in the pathway were overexpressed in the organism to obtain the production of LPAand 5AVA. In addition, the enzyme catalase was overexpressed in order to either remove hydrogen peroxide in the case of LPA production or control the concentration of supplementedhydrogen peroxide in the bacterial culture to increase the 5AVA production by decreasing thesusceptibility of B. methanolicus to the compound. Furthermore, this study found that thetoxicity of 5AVA impacted the production of the compound in B. methanolicus, and the induction time was found to be important when producing LPA, with later induction times beingfavored. A titer of 17.14 ± 7.51 mg/l and 21.41 ± 11.72 mg/l was achieved for LPA and 5AVA,respectively.