Renewable fatty acid ester production in Clostridium

Abstract

Bioproduction of renewable chemicals is considered as an urgent solution for fossil energy crisis. However, despite tremendous efforts, it is still challenging to generate microbial strains that can produce target biochemical to high levels. Here, we report an example of biosynthesis of high-value and easy-recoverable derivatives built upon natural microbial pathways, leading to improvement in bioproduction efficiency. By leveraging pathways in solventogenic clostridia for co-producing acyl-CoAs, acids and alcohols as precursors, through rational screening for host strains and enzymes, systematic metabolic engineering-including elimination of putative prophages, we develop strains that can produce 20.3 g/L butyl acetate and 1.6 g/L butylbutyrate. Techno-economic analysis results suggest the economic competitiveness of our developed bioprocess. Our principles of selecting the most appropriate host for specific bioproduction and engineering microbial chassis to produce high-value and easy-separable end products may be applicable to other bioprocesses.

La bioproducción de productos químicos renovables se considera una solución urgente para la crisis de la energía fósil. Sin embargo, a pesar de los tremendos esfuerzos, sigue siendo un desafío generar cepas microbianas que puedan producir bioquímicos objetivo a niveles altos. Aquí, presentamos un ejemplo de biosíntesis de derivados de alto valor y fáciles de recuperar construidos sobre rutas microbianas naturales, lo que lleva a una mejora en la eficiencia de la bioproducción. Aprovechando las vías de los clostridios solventogénicos para la coproducción de acil-CoAs, ácidos y alcoholes como precursores, mediante la detección racional de cepas y enzimas del hospedador, ingeniería metabólica sistemática, incluida la eliminación de profagos putativos, desarrollamos cepas que pueden producir 20,3 g / L de butilo. acetato y 1,6 g / l de butirato de butilo. Los resultados del análisis tecnoeconómico sugieren la competitividad económica de nuestro bioproceso desarrollado. Nuestros principios de seleccionar el anfitrión más apropiado para la bioproducción específica y la ingeniería de chasis microbianos para producir productos finales de alto valor y fáciles de separar pueden ser aplicables a otros bioprocesos.