Repositorio
Institucional

Seeger, Michael

Versatile sugar and valerate metabolic pathways in Paraburkholderia xenovorans LB400 enable tailored poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) production

SPRINGER

APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY

en

Poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) polymers are accumulated by diverse prokaryotes. Their distinct monomer compositions enable their use as tailored bioplastics. The aims were to characterize the poly(3-hydroxybutyrate) and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) synthesis by Paraburkholderia xenovorans LB400 using different sugars and valerate, and to gain genome-oriented insights into polyhydroxyalkanoate production. d-Glucose, d-mannitol, d-gluconate, and d-xylose were evaluated as sole carbon sources or supplemented with valerate. Polyhydroxyalkanoates synthesized by strain LB400 were characterized through GC-MS, GC-FID, FTIR, and 1H and 13C-NMR. P. xenovorans LB400 reached 1.00-1.39 g L-1 of dry cell weight (DCW) with a P(3HB) content of 21-43% w w-1 when grown on different sugars. The addition of valerate to the sugar-grown LB400 cultures yielded a DCW of 1.79 to 2.29 g L-1 and a P(3HB-co-3HV) content of 50.0-51.2% w w-1, with varying 3HV compositions (28-43 mol%). The highest 3HV incorporation was observed with d-xylose and valerate. Genomic analyses of strain LB400 revealed key elements of sugar metabolism influencing growth, polymer accumulation, and monomer composition. LB400 genome encodes the PhaJ-like R-specific hydratase and FadJ epimerase, which are potentially useful for modulating copolymer composition. PHA production under bioreactor conditions was evaluated. In a bioreactor fed with d-glucose, LB400 achieved a P(3HB) concentration of 2.2 g L-1. These findings highlight the metabolic versatility of P. xenovorans LB400 in utilizing diverse sugars to produce either P(3HB) or tailor-made P(3HB-co-3HV), supporting the development of bioplastics for specific applications.Key points center dot Strain LB400 produced P(3HB-co-3HV) from various sugars and valerate.center dot Sugar type drives LB400 PHA copolymer synthesis and composition.center dot Strain LB400 PHA production was scaled up to a bioreactor.Key points center dot Strain LB400 produced P(3HB-co-3HV) from various sugars and valerate.center dot Sugar type drives LB400 PHA copolymer synthesis and composition.center dot Strain LB400 PHA production was scaled up to a bioreactor.Key points center dot Strain LB400 produced P(3HB-co-3HV) from various sugars and valerate.center dot Sugar type drives LB400 PHA copolymer synthesis and composition.center dot Strain LB400 PHA production was scaled up to a bioreactor.Los polímeros de poli(3-hidroxibutirato) y poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) son acumulados por diversos procariotas. Sus distintas composiciones de monómeros permiten su uso como bioplásticos a medida. Los objetivos fueron caracterizar la síntesis de poli(3-hidroxibutirato) y poli(3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato) por Paraburkholderia xenovorans LB400 utilizando diferentes azúcares y valerato, y obtener información orientada al genoma sobre la producción de polihidroxialcanoatos. Se evaluaron d-glucosa, d-manitol, d-gluconato y d-xilosa como fuentes de carbono únicas o suplementadas con valerato. Los polihidroxialcanoatos sintetizados por la cepa LB400 se caracterizaron mediante GC-MS, GC-FID, FTIR y 1H y 13C-NMR. P. xenovorans LB400 alcanzó 1,00-1,39 g L-1 de peso seco celular (DCW) con un contenido de P(3HB) de 21-43% p p-1 cuando se cultivó en diferentes azúcares. La adición de valerato a los cultivos de LB400 cultivados en azúcar produjo un DCW de 1,79 a 2,29 g L-1 y un contenido de P(3HB-co-3HV) de 50,0-51,2% p p-1, con composiciones de 3HV variables (28-43 mol%). La mayor incorporación de 3HV se observó con d-xilosa y valerato. Los análisis genómicos de la cepa LB400 revelaron elementos clave del metabolismo de los azúcares que influyen en el crecimiento, la acumulación de polímeros y la composición de monómeros. El genoma de LB400 codifica la hidratasa específica R tipo PhaJ y la epimerasa FadJ, que son potencialmente útiles para modular la composición del copolímero. Se evaluó la producción de PHA en condiciones de biorreactor. En un biorreactor alimentado con d-glucosa, LB400 alcanzó una concentración de P(3HB) de 2,2 g L-1. Estos hallazgos resaltan la versatilidad metabólica de P. xenovorans LB400 en la utilización de diversos azúcares para producir P(3HB) o P(3HB-co-3HV) a medida, lo que respalda el desarrollo de bioplásticos para aplicaciones específicas. Puntos clave: La cepa LB400 produjo P(3HB-co-3HV) a partir de varios azúcares y valerato. El tipo de azúcar impulsa la síntesis y composición del copolímero PHA de LB400. La producción de PHA de la cepa LB400 se amplió a un biorreactor. Puntos clave: La cepa LB400 produjo P(3HB-co-3HV) a partir de varios azúcares y valerato. El tipo de azúcar impulsa la síntesis y composición del copolímero PHA de LB400. La producción de PHA de la cepa LB400 se amplió a un biorreactor. Puntos clave: La cepa LB400 produjo P(3HB-co-3HV) a partir de varios azúcares y valerato. Tipo de azúcar impulsa la síntesis y composición del copolímero LB400 PHA. La producción de la cepa LB400 PHA se amplió a un biorreactor.

artículo original

<italic>Paraburkholderia xenovorans</italic>

Poly(3-hydroxybutyrate)

Poly(3-hydroxybutyrate<italic>-co-</italic>3-hydroxyvalerate)

PHA

Genome

Metabolism

10.1007/s00253-025-13599-8

pdf

ENOYL-COA HYDRATASE

ACID BETA-OXIDATION

ESCHERICHIA-COLI

POLYHYDROXYALKANOATE BIOSYNTHESIS

BIOTECHNOLOGICAL PRODUCTION

PSEUDOMONAS-AERUGINOSA

BURKHOLDERIA-SACCHARI

MULTIENZYME COMPLEX

CATABOLIC PATHWAY

ENTNER-DOUDOROFF

ENOYL-COA HYDRATASE

ACID BETA-OXIDATION

ESCHERICHIA-COLI

POLYHYDROXYALKANOATE BIOSYNTHESIS

BIOTECHNOLOGICAL PRODUCTION

PSEUDOMONAS-AERUGINOSA

BURKHOLDERIA-SACCHARI

MULTIENZYME COMPLEX

CATABOLIC PATHWAY

ENTNER-DOUDOROFF

Bioproductos (Productos que se manufacturan usando biotecnología como materia prima), Biomateriales, Bioplásticos, Biocombustibles, Químicos Brutos y Finos, Bioderivados, Materiales nuevos Bioderivados

Biotecnología Industrial

Microbiología

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verde

acceso abierto

acceso abierto

WOS:001603072000001

Versatile sugar and valerate metabolic pathways in Paraburkholderia xenovorans LB400 enable tailored poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) production

artículo original

SPRINGER

APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY

Biotechnology & Applied Microbiology

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0175-7598

CC BY 4.0

Nucleus Millenium BioGEM ANID-Milenio, Chile#FONDECYT(Comision Nacional de Investigacion Cientifica y Tecnologica (CONICYT)CONICYT FONDECYT)#CYTED-PRIBOP#Programa de Investigacion Asociativa (PIA) Anillo GAMBIO#Fondequip#UTFSM#Programa de Iniciacion Cientifica

Nucleus Millenium BioGEM ANID-Milenio, Chile [NCN2023_054]

FONDECYT [1250809, 1200756, 1151174]

CYTED-PRIBOP

Programa de Investigacion Asociativa (PIA) Anillo GAMBIO [ACT172128]

Fondequip [EQM 130061, 170194]

UTFSM

Programa de Iniciacion Cientifica [PIIC-060/2021]

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