Efficient production of polylactic acid and its copolymers by metabolically[taliem.ir]

Efficient production of polylactic acid and its copolymers by metabolically engineered Escherichia coli

ABSTRACT

Polylactic acid (PLA) is one of the promising biodegradable polymers, which has been produced in a rather complicated two-step process by first producing lactic acid by fermentation followed by ring opening polymerization of lactide, a cyclic dimer of lactic acid. Recently, we reported the production of PLA and its copolymers by direct fermentation of metabolically engineered Escherichia coli equipped with the evolved propionate CoA-transferase and polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase using glucose as a carbon source. When employing these initially constructed E. coli strains, however, it was necessary to use an inducer for the expression of the engineered genes and to feed succinate for proper cell growth. Here we report further metabolic engineering of E. coli strain to overcome these problems for more efficient production of PLA and its copolymers. This allowed efficient production of PLA and its copolymers without adding inducer and succinate. The finally constructed recombinant E. coli JLXF5 strain was able to produce P(3HBco-39.6 mol% LA) having the molecular weight of 141,000 Da to 20 g l1 with a polymer content of 43 wt %in a chemically defined medium by the pH-stat fed-batch culture.

INTRODUCTION

Polylactic acid (PLA) and its copolymers are promising biomassderived polymers as they possess excellent properties including biocompatibility, compostability and low toxicity to humans, making them suitable for household products, commercial plastics, and biomedical materials (Drumright et al., 2000; Mehta et al.,  2005; Södergård and Stolt, 2002; Vink et al., 2003). However, the current process for PLA synthesis is not simple: fermentative production of lactic acid followed by chemical process for the ring opening  polymerization of lactide, a cycic dimer derived from the dehydration of lactic acid, or solvent-based  azeotrophic dehydrative condensation (Drumright et al., 2000; Mehta et al., 2005; Södergård and Stolt, 2002; Vink et al., 2003). Attempts to improve the rather stiff and brittle properties of PLA has been made by copolymerization or blending with other polymers including polyhydroxyalkanoates (PHAs) which are polyesters intracellularly synthesized by various microorganisms (Chen, 2009; Chen and Wu, 2005; Hazer and Steinbüchel, 2007; Lee, 1996a; Noda et al., 2004; Schreck and Hillmyer, 2007; Steinbüchel and Füchtenbusch, 1998).

چکیده

اسید Polylactic (PLA) یکی از پلیمرهای زیست تخریب کننده امیدبخش است که در ابتدای تولید اسید لاکتیک بوسیله تخمیر با پلیمراز شدن حلقه آزاد لاکتید، دیررس سیکل اسید لاکتیک تولید می شود. اخیرا ما تولید PLA و کوپلیمرهای آن را با تخمیر مستقیم Escherichia coli مهندسی متابولیک مجهز به پروپانات CoA-transferase و polyhydroxyalkanoate (PHA) سنتاز تکامل یافته با استفاده از گلوکز به عنوان منبع کربن گزارش کردیم. با این وجود هنگام استفاده از این گونه های ساخته شده از E. coli، لازم بود که از القا کننده برای بیان ژن های مهندسی شده استفاده شود و ساکشنین را برای رشد مناسب سلول تغذیه کند. در اینجا ما از مهندسی متابولیسم سوسیس E. coli بیشتر برای غلبه بر این مشکلات برای تولید موثر PLA و کوپلیمرهای آن خبر می دهیم. این باعث تولید کارآیی PLA و کوپلیمرهای آن بدون افزودن القا کننده و سوکسینات شد. سوند JLXF5 نوترکیب باکتری E.coli قادر به تولید P (3HBco-39.6 mol٪ LA) با وزن مولکولی 141،000 Da به 20g l-1 با محتوای پلیمری 43 wt٪ در یک محیط شیمیایی تعریف شده توسط pH-stat فود دسته فرهنگی است.

مقدمه

Polylactic acid (PLA) و کوپلیمرهای آن پلیمرهای biomassderived امیدوار هستند زیرا دارای خواص عالی از جمله سازگاری زیستی، ترکیب بودن و سمیت کمتری نسبت به انسان ها، ساختن آنها برای محصولات خانگی، پلاستیک های تجاری و مواد زیست پزشکی هستند (Drumright et al.، 2000؛ Mehta et al.، 2005؛ Södergård and Stolt، 2002؛ Vink et al.، 2003). با این حال، روند فعلی برای سنتز PLA ساده نیست: تولید تخمیر از اسید لاکتیک و سپس فرایند شیمیایی برای پلیمراز کردن حلقه آزاد لاکتید، یک دایره سیکسی مشتق شده از کم آب بدن اسید لاکتیک، یا تراکم آئروتروفی خفیف محلول مبتنی بر حلال (Drumright et al.، 2000؛ مهتا و همکاران، 2005؛ Södergård و Stolt، 2002؛ Vink et al.، 2003). تلاش برای بهبود خواص نازک و شکننده PLA بوسیله کوپلیمرازی یا ترکیب با پلیمرهای دیگر، از جمله پلی هیدروکسی آلکانیاها (PHAs) است که پلی استرها درون سلولی سنتز شده توسط میکروارگانیسم های مختلف ساخته شده اند (چن، 2009؛ چن و وو، 2005؛ هزر و استین بچل، 2007 ؛ Lee، 1996a؛ Noda et al.، 2004؛ Schreck and Hillmyer، 2007؛ Steinbüchel and Füchtenbusch، 1998).

Year: 2011

Publisher : ELSEVIER

By : Yu Kyung Jung , Sang Yup Lee

File Information: English Language/ 8 Page / size: 503 KB

Download

سال : 1390

ناشر : ELSEVIER

کاری از : یو کیانگ یونگ، سان یو پی

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 8 صفحه / حجم : KB 503

لینک دانلود

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگو شرکت کنید؟
نظری بدهید!

دیدگاهتان را بنویسید