Bioconversion of agricultural waste to ε-poly-L-lysine by an engineered Streptomyces albulus strain.

چکیده اصلی

The vast majority of agricultural wastes are burned or buried in soil currently, causing environmental pollution and resource waste worldwide. To achieve the eco-friendly bioconversion of agricultural waste, this study utilized an engineered Streptomyces albulus for solid-state fermentation (SSF) to convert rapeseed cake into ε-poly-L-lysine (ε-PL), the L-lysine homopolymer widely applied as a natural and safe food preservative. Firstly, based on genome analysis and the property characterization of agricultural waste, the bioconversion potential of S. albulus toward lignocellulosic waste was revealed, followed by preliminary experimental validation. Secondly, the high-titer engineered strain was obtained by overexpressing key genes eno1, eno2, pepc, ask and pls of ε-PL biosynthesis pathway, thereby promoting the bioconversion of rapeseed cake. Among the mutants, S. albulus PLS got the highest ε-PL titer, which was 9.3-fold that of the control strain in SSF. And the ε-PL titer was further increased to 1.6 times the original via optimizing SSF process. Finally, we characterized the growth and development status and the lignocellulose biodegradation of S. albulus PLS during the bioconversion process. Overall, this study identified a strategy for the valorization of agricultural waste, and the engineered strain offers a promising SSF microbial chassis for ε-PL production from lignocellulosic waste.

ترجمه فارسی چکیده

اکثر پسماندهای کشاورزی در حال حاضر سوزانده می‌شوند یا در خاک دفن می‌شوند که منجر به آلودگی محیط زیست و هدررفت منابع در سراسر جهان می‌شود. برای دستیابی به تبدیل بیولوژیک دوستدار محیط زیست پسماندهای کشاورزی، این مطالعه از یک Streptomyces albulus مهندسی شده برای فتودرمانی جامد (SSF) برای تبدیل کیک روغن‌چی به ε-پلی-لیزین (ε-PL)، پلیمر همو-لیزین L که به عنوان یک نگهدارنده طبیعی و ایمن غذا کاربرد گسترده‌ای دارد، استفاده کرد. ابتدا بر اساس تحلیل ژنوم و ویژگی‌شناسی پسماندهای کشاورزی، پتانسیل تبدیل بیولوژیک S. albulus در برابر پسماندهای لینوسلولزی آشکار شد، که با آزمایش‌های اولیه تایید شد. دومین، استرین مهندسی شده با غلظت بالا از طریق بیش‌برنامه‌ریزی ژن‌های کلیدی eno1، eno2، pepc، ask و pls مسیر بیوسنتز ε-PL به دست آمد، که منجر به تقویت تبدیل بیولوژیک کیک روغن‌چی شد. در میان جهش‌یافته‌ها، S. albulus PLS بالاترین غلظت ε-PL را داشت که ۹.۳ برابر استرین کنترلی در SSF بود. و غلظت ε-PL به صورت قابل توجهی تا ۱.۶ برابر مقدار اولیه از طریق بهینه‌سازی فرآیند SSF افزایش یافت. در نهایت، ما وضعیت رشد و توسعه و بیودرگولاسیون لینوسلولزی S. albulus PLS را در طول فرآیند تبدیل بیولوژیک توصیف کردیم. در مجموع، این مطالعه یک استراتژی برای ارزش‌گذاری پسماندهای کشاورزی را شناسایی کرد و استرین مهندسی شده یک چارچوب میکروبی SSF امیدوارکننده برای تولید ε-PL از پسماندهای لینوسلولزی ارائه می‌دهد.

متن کامل اصلی