Valorisation of renewable feedstocks by metabolically engineered Actinomycetes

Abstract

The complex heterogeneity of renewable feedstocks poses a significant challenge in their valorization, making it highly dependent on the natural capabilities of microbial cell factories. This work aimed to unveil substrate catabolic pathways derived from renewable feedstocks in two well-known cell factories, Corynebacterium glutamicum and Streptomyces lividans, using different analytical approaches. Specifically, we developed targeted analysis methods for aromatic CoA thioesters to investigate the aromatic compound catabolic pathway in C. glutamicum. Additionally, the catabolic pathways of mannitol and aromatic compounds in S. lividans were identified using systematic approaches. Furthermore, the production of complex natural products, bottromycin and pamamycin, from renewable feedstock-derived monomer was demonstrated.

In Anbetracht der Heterogenität erneuerbarer Rohstoffe hängt die biotechnologische Verwertung fortschrittlicher erneuerbarer Rohstoffe stark von den Substratnutzungsfähigkeiten der Mikroorganismen ab. In dieser Studie wurden die industriell wichtigen Stämme, C. glutamicum und S. lividans eingesetzt, um erneuerbare Rohstoffe, durch die Entschlüsselung der Abbauwege von aus Lignin gewonnenen Aromaten und aus Algen gewonnenen Mannitol, zu verwerten. Durch die Entwicklung einer gezielten Analyse von aromatischen CoA-Thioestern wurde der β-oxidative Abbau von Phenylpropanoiden in C. glutamicum nachgewiesen. Die Metabolomanalyse ergab, dass ein metabolisch veränderte C. glutamicum-Stamm den β-Oxidationsweg effizienter nutzte als der Wildtyp. Darüber hinaus wurden stoffwechselwegübegreifende Interaktionen zwischen Ferulat und Kaffeesäure während des Abbaus, sowie eine Abnahme des Acetyl-CoA-Pools in Gegenwart von Aromaten beobachtet. Auf der Grundlage systematischer Ansätze wurden Substratverwertungssysteme in S. lividans identifiziert. Darüber hinaus wurde die Produktion von zwei verschiedenen Klassen von Naturstoffen, Pamamycin und Bottromycin aus Monomeren von erneuerbaren Rohstoffen nachgewiesen. Bemerkenswerterweise aktivierte die Nutzung von Aromaten den Ethylmalonyl-CoA-Stoffwechselweg,was zu einer Diversifizierung des Pamamycin-Spektrums führte. Als fortschrittlicher Ansatz wurde minimal behandeltes Seetanghydrolysat verwendet, um die Produktion von Pamamycin zu demonstrieren.