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Nat. Commun.∣双工程菌构建微生物菌群,协同升级PET塑料多种解聚单体

Nat. Commun.∣双工程菌构建微生物菌群,协同升级PET塑料多种解聚单体 iSynFox
2023-10-20
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导读:塑料污染在世界范围内正在迅速增加,对环境、野生动物和人类健康造成了不利影响。利用工程微生物将塑料重新循环是一个具有诱惑力的方法。然而,由于塑料转化的复杂性,这仍然具有挑战性。

Nature Communications∣双工程菌构建微生物菌群,协同升级PET塑料多种解聚单体”

         

文献信息:         

Teng Bao, Yuanchao Qian, Yongping Xin, James J. Collings, & Ting Lu.

         

https://doi.org/10.1038/s41467-023-40777-x

         

Nature Communications 影响因子:17.694

         

         

背景介绍


塑料污染在世界范围内正在迅速增加,对环境、野生动物和人类健康造成了不利影响。利用工程微生物将塑料重新循环是一个具有诱惑力的方法。然而,由于塑料转化的复杂性,这仍然具有挑战性。

在这里,作者构建了两个恶臭假单胞菌工程菌,并利用此两个工程菌构建了一个微生物菌群,该菌群可以有效的将对苯二甲酸和乙二醇同化,并生产高值化学品。与单一工程菌相比较,双工程菌构建的微生物菌群可以减少分解代谢串扰和实现塑料的高速降解



图文解读


         

图1 双菌构建的菌群,可以有效利用PET塑料的解聚单体对苯二甲酸和乙二醇

         

a双工程菌菌构建菌群的示意图

b-d可降解对苯二甲酸的工程菌Pp-T以对苯二甲酸(b)、乙二醇(c)和对苯二甲酸+乙二醇(d)为底物时的生长情况和底物利用情况

e-g可降解乙二醇的工程菌Pp-E以对苯二甲酸(e)、乙二醇(f)和对苯二甲酸+乙二醇(g)为底物时的生长情况和底物利用情况

h-j双工程菌菌构建的菌群,以对苯二甲酸(h)、乙二醇(i)和对苯二甲酸+乙二醇(j)为底物时的生长情况和底物利用情况

         

         

         

图2 双工程菌混菌体系和可利用多种底物的单菌,在以多种PET塑料解聚单体为底物时的产物降解和菌株生长情况

         

a可利用多种PET塑料解聚单体为底物的单菌Pp-TE的构建示意图

b工程菌Pp-TE利用对苯二甲酸的情况

c工程菌Pp-TE利用乙二醇的情况

d双工程菌构建的混菌体系,利用对苯二甲酸和乙二醇混合底物的情况

e仅可利用乙二醇的菌株,利用对苯二甲酸和乙二醇混合底物的情况

f双工程菌混菌体系和可利用多种底物的单菌,利用多种PET塑料解聚单体的情况

         

         

         

3 整合化学和生物方法,实现PET塑料的重整升级

         

a整合化学和生物方法的示意图

b不同水解条件下,PET粉末水解成对苯二甲酸和乙二醇的摩尔转化率。

c粗水解产物的表征。

d-g不同工程菌株,利用对苯二甲酸和乙二醇混合底物的情况

         

         

         

4 水解的PET升级为mcl-PHA

         

a设计的混合菌群,用于将PET单体转化为mcl-PHA

b设计的单个工程菌,用于将PET单体转化为mcl-PHA。

c-k不同工程菌株转化PET单体生产mcl-PHA的效能。

         

         

         

5 通过合理的途径工程和doll介导的优化来生产MA

         

a工程菌的设计。

b工程菌株Pp-TC以对苯二甲酸为底物生产CAT。

c通过Pp-EM将CAT升级为MA的EG发酵的时间图谱。

d设计一个从PET水解物中产生MA的单一菌株(Pp-TEM)。

ePp-TEM将TPA和EG转化为MA的时间谱。

f通过调节TC-EM联盟的初始菌株接种率来优化生产。

g以1:5的初始比例接种混合菌群,进行PET水解物发酵的时间曲线。

h不同初始比例的Pp-TC+Pp-EM菌群,以及Pp-TEM菌株的MA产量。

i发酵液颜色的变化情况。

j通过改变Pp-TC和Pp-EM接种之间的滞后时间来优化生产。

k发酵结束后,底物残余量和产物产量。


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