Pseudomonas sp. LFM046の代謝におけるポリヒドロキシアルカノエート生成のための補酵素特異性と6-ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼの存在との関連性

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Int. J. Biol. Macromol..2020 Jul;163:240-250. S0141-8130(20)33680-1. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.226.Epub 2020-07-03.

Pseudomonas sp. LFM046の代謝におけるポリヒドロキシアルカノエート生成のための補酵素特異性と6-ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼの存在との関連性

The relevance of enzyme specificity for coenzymes and the presence of 6-phosphogluconate dehydrogenase for polyhydroxyalkanoates production in the metabolism of Pseudomonas sp. LFM046.

Juliana Cardinali-Rezende
Alex Di Genova
Rafael A T P S Nahat
Alexander Steinbüchel
Marie-France Sagot
Rafael S Costa
Henrique C Oliveira
Marilda K Taciro
Luiziana F Silva
José Gregório C Gomez

PMID: 32622773 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.226.

抄録

ゲノムベースの代謝モデルの再構築は、環境適応能力や病原性に関与する代謝経路、遺伝子、タンパク質の評価やバイオテクノロジープロセスの開発に有用なアプローチである。Pseudomonas sp. LFM046は、炭水化物や植物油からのポリヒドロキシアルカノエート（PHA）生産に適した菌として選定された。その完全なゲノム配列と代謝モデルを得た。解析の結果、6-ホスホグルコン酸脱水素酵素をコードするgnd遺伝子がPseudomonas sp. LFM046ゲノムには存在しないことが明らかになった。LFM046の代謝に関する知識を向上させるために、異なる酵素の補酵素特異性を評価した。さらに、Pseudomonas putida KT2440（NAD依存性）とEscherichia coli MG1655（NADP依存性）のgnd遺伝子をLFM046で異種発現させたところ、それぞれ細胞増殖の遅延とPHA収量の低下を引き起こすことがわかった。この結果は、環状エントナー・ドゥードロフ経路の調整が、それと他の細菌にとって、成長とPHA生産の培養段階で発散する細胞のニーズを同時に満たすための興味深い戦略である可能性を示している。

Reconstruction of genome-based metabolic model is a useful approach for the assessment of metabolic pathways, genes and proteins involved in the environmental fitness capabilities or pathogenic potential as well as for biotechnological processes development. Pseudomonas sp. LFM046 was selected as a good polyhydroxyalkanoates (PHA) producer from carbohydrates and plant oils. Its complete genome sequence and metabolic model were obtained. Analysis revealed that the gnd gene, encoding 6-phosphogluconate dehydrogenase, is absent in Pseudomonas sp. LFM046 genome. In order to improve the knowledge about LFM046 metabolism, the coenzyme specificities of different enzymes was evaluated. Furthermore, the heterologous expression of gnd genes from Pseudomonas putida KT2440 (NAD dependent) and Escherichia coli MG1655 (NADP dependent) in LFM046 was carried out and provoke a delay on cell growth and a reduction in PHA yield, respectively. The results indicate that the adjustment in cyclic Entner-Doudoroff pathway may be an interesting strategy for it and other bacteria to simultaneously meet divergent cell needs during cultivation phases of growth and PHA production.