dc.contributor.author | Batista, Raquel Salgado | |
dc.date.accessioned | 2023-01-09T16:59:37Z | |
dc.date.available | 2023-01-09T16:59:37Z | |
dc.date.issued | 2022-10-14 | |
dc.identifier.citation | BATISTA, Raquel Salgado. Otimização da produção de ácido 3-hidroxipropiônico por Escherichia coli via engenharia metabólica e de processos. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17184. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17184 | |
dc.description.abstract | The integration of substrates from bioprocesses is of great interest due to the need of destination
for them and the possibility of converting them into value-added products. Among these
substrates, the hydrolysates from biorefineries and glycerol obtained from the production of
biofuels stand out. Listed as an important chemical platform that can be obtained from biomass
by the U.S. Department of Energy, 3-hydroxypropionic acid (3-HP) becomes a product option
to be obtained from the co-products mentioned above. The production of 3-HP by biological
routes presents some advantages over chemical routes and has become increasingly feasible
due to the continuous advancement in industrial biotechnology. To make this production
feasible, bioprocesses have been developed from recombinant microorganisms. Thus, the
application of genetic engineering in the modification of genes related to the metabolic pathway
of these microorganisms allows the construction of strains capable of obtaining 3-HP from
cheap substrates (e.g., glycerol, glucose, and xylose). A recombinant E. coli strain developed
in our research group showed promising results through the β-alanine production route, but the
insertion of the 3-HP production pathway in this strain resulted in a deficiency of cofactors,
since the last reaction of the pathway is NADPH dependent. Therefore, the regeneration of this
cofactor was evaluated by the expression of genes encoding the NADP+
dependent enzyme
glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, so that the demand for this cofactor by the
NADPH dependent pathways could be met. Overexpression of the gapN gene from
Streptococcus equi zooepidemicus, which encodes an NADP+ dependent GAPDH, coupled
with regulation of endogenous gapA transcription and the use of glycerol as a carbon source,
resulted in 147% higher production compared to the control strain. The use of lactose as an
induction agent for the lacUV5 promoter was also evaluated in this study and increased the final
3-HP concentration by about 7% compared to the production obtained by the same strain using
1mM IPTG as an induction agent. Furthermore, conditions with O2 restriction in the process
showed that, for the pathway studied, 3-HP production is favored under aerobic condition, and
oxygen restriction limits production and leads to acetate accumulation by the cell. Taken
together, the strategies evaluated led to the second highest production of 3-HP by the β-alanine
pathway reported so far in the literature. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | Ácido 3-hidroxipropiônico | por |
dc.subject | β-alanina | por |
dc.subject | Glicerol | por |
dc.subject | Lactose | por |
dc.subject | Fábrica celular | por |
dc.subject | GPDH | por |
dc.subject | 3-Hydroxypropionic acid | eng |
dc.subject | β-alanine | eng |
dc.subject | Glycerol | eng |
dc.subject | Cell factory | eng |
dc.title | Otimização da produção de ácido 3-hidroxipropiônico por Escherichia coli via engenharia metabólica e de processos | por |
dc.title.alternative | Optimization of 3-hydroxypropionic acid production by Escherichia coli using metabolic and process engineering | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Silva, Adilson José da | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/3447469350644179 | por |
dc.description.resumo | O aproveitamento de subprodutos de bioprocessos é de grande interesse devido a necessidade
de destinação final para os mesmos e a possibilidade de convertê-los em produtos de valor
agregado. Dentre esses substratos, destacam-se os hidrolisados de material lignocelulósico e o
glicerol obtido a partir da produção de biocombustíveis. Listado como uma importante
plataforma química que pode ser obtida a partir da biomassa pelo Departamento de Energia dos
Estados Unidos, o ácido 3-hidroxipropiônico (3-HP) se torna uma opção de produto a ser obtido
a partir dos coprodutos citados anteriormente. A produção do 3-HP por rotas biológicas
apresenta algumas vantagens sobre as rotas químicas, e tem se tornado cada vez mais viável
devido ao contínuo avanço na biotecnologia industrial. Com o objetivo de viabilizar esta
produção, tem-se desenvolvido bioprocessos a partir de microrganismos recombinantes. Assim,
a aplicação da engenharia genética na modificação de genes relacionados à via metabólica
desses microrganismos permite a construção de linhagens capazes de obter o 3-HP a partir de
substratos baratos (p.e. glicerol, glicose e xilose). Uma linhagem recombinante de E. coli
desenvolvida no nosso grupo de pesquisa apresentou resultados promissores por meio da rota
de produção a partir da β-alanina, mas a inserção da via de produção do 3-HP nessa linhagem
resultou numa deficiência de cofatores, já que a última reação da via é dependente de NADPH.
Diante disso, a regeneração desse cofator foi avaliada a partir da expressão de genes que
codificam a enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase NADP+
dependente, de modo que a
demanda desse cofator pelas vias dependentes dele fosse suprida. A superexpressão do gene
gapN de Streptococcus equi zooepidemicus que codifica uma gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) dependente de NADP+
, aliada à regulação da transcrição do gapA
endógeno e o uso do glicerol como fonte de carbono, resultou em uma produção 147% maior
em relação à produção da linhagem controle. O uso da lactose como agente de indução do
promotor lacUV5 também foi avaliado nesse estudo e aumentou cerca de 7% a concentração
final de 3-HP em relação à produção obtida pela mesma linhagem utilizando IPTG 1mM como
agente indutor. Além disso, condições com restrição de O2 no processo mostraram que, para a
via estudada, a produção do 3-HP é favorecida em processo aeróbio e restrições de oxigênio
limitam a produção e acarretam o acúmulo de acetato pela célula. Em conjunto, as estratégias
avaliadas até o momento levaram à obtenção da segunda maior produção de 3-HP pela via da
β-alanina, reportada até o momento na literatura. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQ | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICA | por |
dc.description.sponsorshipId | CNPq 132651/2020-3 | por |
dc.description.sponsorshipId | Processos FAPESP 2016/10.636-8 | por |
dc.description.sponsorshipId | Processos FAPESP 2019/07902-6 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/6792516042003603 | por |