Published November 25, 2017 | Version v1
Publication Open

Non-sterilized fermentation of high optically pure d-lactic acid by a genetically modified thermophilic Bacillus coagulans strain

Creators

  • 1. Institute of Microbiology
  • 2. Chinese Academy of Sciences
  • 3. Microbiology Institute of Shaanxi
  • 4. King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang

Description

Optically pure d-lactic acid (≥ 99%) is an important precursor of polylactic acid. However, there are relatively few studies on d-lactic acid fermentation compared with the extensive investigation of l-lactic acid production. Most lactic acid producers are mesophilic organisms. Optically pure d-lactic acid produced at high temperature not only could reduce the costs of sterilization but also could inhibit the growth of other bacteria, such as l-lactic acid producers. Thermophilic Bacillus coagulans is an excellent producer of l-lactic acid with capable of growing at 50 °C. In our previous study, the roles of two l-lactic acid dehydrogenases have been demonstrated in B. coagulans DSM1. In this study, the function of another annotated possible l-lactate dehydrogenase gene (ldhL3) was verified to be leucine dehydrogenase with an activity of 0.16 units (μmol/min) per mg protein. Furthermore, the activity of native d-lactate dehydrogenase was too low to support efficient d-lactic acid production, even under the control of strong promoter. Finally, an engineered B. coagulans D-DSM1 strain with the capacity for efficient production of d-lactic acid was constructed by deletion of two l-lactate dehydrogenases genes (ldhL1 and ldhL2) and insertion of the d-lactate dehydrogenase gene (LdldhD) from Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus DSM 20081 at the position of ldhL1. This genetically engineered strain produced only d-lactic acid under non-sterilized condition, and finally 145 g/L of d-lactic acid was produced with an optical purity of 99.9% and a high yield of 0.98 g/g. This is the highest optically pure d-lactic acid titer produced by a thermophilic strain.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

حمض اللاكتيك النقي بصريًا (≥ 99 ٪) هو مقدمة مهمة لحمض عديد اللبنيك. ومع ذلك، هناك عدد قليل نسبيًا من الدراسات حول تخمير حمض اللاكتيك مقارنة بالتحقيق المكثف في إنتاج حمض اللاكتيك. معظم منتجي حمض اللبنيك هم كائنات محبة للوسط. لا يمكن لحمض اللاكتيك النقي بصريًا المنتج في درجة حرارة عالية أن يقلل من تكاليف التعقيم فحسب، بل يمكن أن يمنع أيضًا نمو البكتيريا الأخرى، مثل منتجي حمض اللاكتيك. ثيرموفيليك باسيلوس كواغولانز هو منتج ممتاز لحمض اللبنيك مع القدرة على النمو عند 50 درجة مئوية. في دراستنا السابقة، تم توضيح أدوار اثنين من نازعات هيدروجين حمض اللبنيك في B. coagulans DSM1. في هذه الدراسة، تم التحقق من أن وظيفة جين نازعة هيدروجين اللاكتات المحتمل الآخر المشروح (ldhL3) هي نازعة هيدروجين الليوسين مع نشاط 0.16 وحدة (ميكرومول/دقيقة) لكل بروتين مجم. علاوة على ذلك، كان نشاط نازعة هيدروجين d - lactate الأصلية منخفضًا جدًا لدعم إنتاج حمض d - lactic الفعال، حتى تحت سيطرة المحفز القوي. أخيرًا، تم إنشاء سلالة B. coagulans D - DSM1 المهندسة ذات القدرة على الإنتاج الفعال لحمض اللاكتيك d عن طريق حذف اثنين من جينات نازعة هيدروجين اللاكتات (ldhL1 و ldhL2) وإدخال جين نازعة هيدروجين اللاكتات d (LdldhD) من Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus DSM 20081 في موضع ldhL1. أنتجت هذه السلالة المعدلة وراثيًا حمض اللاكتيك d فقط في حالة غير معقمة، وأخيرًا تم إنتاج 145 جم/لتر من حمض اللاكتيك d بنقاء بصري قدره 99.9 ٪ وعائد مرتفع قدره 0.98 جم/جم. هذا هو أعلى عيار حمض د- لاكتيك نقي بصريًا ينتج عن سلالة محبة للحرارة.

Translated Description (French)

L'acide d-lactique optiquement pur (≥ 99 %) est un précurseur important de l'acide polylactique. Cependant, il existe relativement peu d'études sur la fermentation de l'acide d-lactique par rapport à l'étude approfondie de la production d'acide l-lactique. La plupart des producteurs d'acide lactique sont des organismes mésophiles. L'acide d-lactique optiquement pur produit à haute température pourrait non seulement réduire les coûts de stérilisation, mais également inhiber la croissance d'autres bactéries, telles que les producteurs d'acide l-lactique. Le Bacillus coagulans thermophile est un excellent producteur d'acide l-lactique capable de croître à 50 °C. Dans notre étude précédente, les rôles de deux acide l-lactique déshydrogénases ont été démontrés dans B. coagulans DSM1. Dans cette étude, la fonction d'un autre gène possiblement annoté de la l-lactate déshydrogénase (ldhL3) a été vérifiée comme étant la leucine déshydrogénase avec une activité de 0,16 unités (μmol/min) par mg de protéine. De plus, l'activité de la d-lactate déshydrogénase native était trop faible pour soutenir une production efficace d'acide d-lactique, même sous le contrôle d'un promoteur puissant. Enfin, une souche de B. coagulans D-DSM1 modifiée ayant la capacité de produire efficacement de l'acide d-lactique a été construite par délétion de deux gènes de l-lactate déshydrogénases (ldhL1 et ldhL2) et insertion du gène de d-lactate déshydrogénase (LdldhD) de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus DSM 20081 à la position de ldhL1. Cette souche génétiquement modifiée ne produisait que de l'acide d-lactique dans des conditions non stérilisées, et finalement 145 g/L d'acide d-lactique ont été produits avec une pureté optique de 99,9 % et un rendement élevé de 0,98 g/g. Il s'agit du titre d'acide d-lactique optiquement pur le plus élevé produit par une souche thermophile.

Translated Description (Spanish)

El ácido d-láctico ópticamente puro (≥ 99%) es un precursor importante del ácido poliláctico. Sin embargo, hay relativamente pocos estudios sobre la fermentación del ácido d-láctico en comparación con la extensa investigación de la producción de ácido l-láctico. La mayoría de los productores de ácido láctico son organismos mesófilos. El ácido d-láctico ópticamente puro producido a alta temperatura no solo podría reducir los costos de esterilización, sino que también podría inhibir el crecimiento de otras bacterias, como los productores de ácido l-láctico. El Bacillus coagulans termófilo es un excelente productor de ácido l-láctico capaz de crecer a 50 °C. En nuestro estudio anterior, se han demostrado los papeles de dos deshidrogenasas de ácido l-láctico en B. coagulans DSM1. En este estudio, se verificó que la función de otro posible gen anotado de l-lactato deshidrogenasa (ldhL3) era leucina deshidrogenasa con una actividad de 0.16 unidades (μmol/min) por mg de proteína. Además, la actividad de la d-lactato deshidrogenasa nativa era demasiado baja para apoyar la producción eficiente de ácido d-láctico, incluso bajo el control de un promotor fuerte. Finalmente, se construyó una cepa D-DSM1 de B. coagulans modificada con la capacidad de producción eficiente de ácido d-láctico mediante la deleción de dos genes de l-lactato deshidrogenasas (ldhL1 y ldhL2) y la inserción del gen de d-lactato deshidrogenasa (LdldhD) de Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus DSM 20081 en la posición de ldhL1. Esta cepa genéticamente modificada produjo solo ácido d-láctico en condiciones no esterilizadas, y finalmente se produjeron 145 g/L de ácido d-láctico con una pureza óptica del 99.9% y un alto rendimiento de 0.98 g/g. Este es el título más alto de ácido d-láctico ópticamente puro producido por una cepa termófila.

Files

s12934-017-0827-1.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:98283f57fe911c59240c4a4627c77fb8
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التخمير غير المعقم لحمض اللاكتيك عالي النقاء بصريًا بواسطة سلالة Bacillus coagulans المعدلة وراثيًا
Translated title (French)
Fermentation non stérilisée d'acide d-lactique optiquement pur par une souche de Bacillus coagulans thermophile génétiquement modifiée
Translated title (Spanish)
Fermentación no esterilizada de ácido d-láctico de alta pureza óptica por una cepa de Bacillus coagulans termófila modificada genéticamente

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2770154739
DOI
10.1186/s12934-017-0827-1

Is supplement to
https://openalex.org/W3088328392 (Other)
https://openalex.org/W3046966153 (Other)
https://openalex.org/W2770154739 (Other)
https://openalex.org/W2095234158 (Other)
https://openalex.org/W2094825755 (Other)
https://openalex.org/W2072563580 (Other)
https://openalex.org/W2044678721 (Other)
https://openalex.org/W2028251550 (Other)
https://openalex.org/W2022667018 (Other)
https://openalex.org/W2006224460 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1924638511
  • https://openalex.org/W1981573351
  • https://openalex.org/W1988447915
  • https://openalex.org/W1997504151
  • https://openalex.org/W2010031353
  • https://openalex.org/W2039119535
  • https://openalex.org/W2043071081
  • https://openalex.org/W2067585188
  • https://openalex.org/W2067590626
  • https://openalex.org/W2074386261
  • https://openalex.org/W2075002564
  • https://openalex.org/W2082032900
  • https://openalex.org/W2089165877
  • https://openalex.org/W2140121325
  • https://openalex.org/W2141426247
  • https://openalex.org/W2253149999
  • https://openalex.org/W2282698399
  • https://openalex.org/W2336243678
  • https://openalex.org/W2522997506
  • https://openalex.org/W2552001115
  • https://openalex.org/W2552329048
  • https://openalex.org/W2586534065
  • https://openalex.org/W2611519180
  • https://openalex.org/W2611903585
  • https://openalex.org/W2620446860
  • https://openalex.org/W3144870842
  • https://openalex.org/W4379516509