Figure 1 :Des quantités accrues de succinate sont produites sur la base de la surexpression des gènes PEPC et de l'augmentation de la température de culture. Crédit :Université de Kobe
Le succinate est largement utilisé comme ingrédient brut pour la pétrochimie, et il existe une forte demande pour un moyen de produire du succinate qui soit renouvelable et sans danger pour l'environnement. Un chercheur japonais a découvert que les niveaux de production de succinate augmentent lorsque les cyanobactéries sont cultivées au-dessus de la température idéale pour la croissance cellulaire. Il a utilisé des connaissances sur l'ingénierie des voies métaboliques pour atteindre le taux de production le plus efficace au monde pour le bio-succinate.
La découverte a été faite par le professeur Tomohisa Hasunuma (Kobe University Graduate School of Science, Technology and Innovation) en tant que programme stratégique de recherche fondamentale de l'Agence japonaise pour la science et la technologie. Les résultats ont été publiés dans Ingénierie métabolique le 27 mai.
L'équipe de recherche du professeur Hasunuma visait à trouver la réaction qui agit comme le goulot d'étranglement dans la voie métabolique lorsque le CO2 est converti en succinate, utilisez ensuite le génie génétique pour accélérer cette réaction de goulot d'étranglement et augmenter la production de succinate.
L'analyse du métabolome mesure les quantités des différentes substances métaboliques dans les cellules, et il peut être utilisé pour estimer les intermédiaires métaboliques qui contribuent à l'augmentation de la production de succinate. L'équipe de recherche s'est appuyée sur cette technologie pour développer une technique d'analyse dynamique du métabolome qui peut observer le renouvellement des quantités de métabolites intracellulaires. En appliquant l'analyse dynamique du métabolome lorsqu'ils ont observé une augmentation de la production de succinate, ils ont pu identifier la réaction de goulot d'étranglement dans la voie de biosynthèse du succinate.
Figure 2 :Le chemin de conversion du dioxyde de carbone en succinate :en utilisant l'analyse dynamique du métabolome, l'équipe a montré que lorsque Synechocystis est cultivé à 37℃, la voie métabolique (flèche rouge) est activée. Crédit :Université de Kobe
La cyanobactérie utilisée dans cette étude (Synechocystissp. PCC 6803) est l'une des cyanobactéries les plus populaires pour la recherche dans le monde. L'équipe a découvert que la température idéale pour fabriquer du succinate à partir de cette cyanobactérie est d'environ 7 supérieure à la température de croissance cellulaire de 30 . En utilisant l'analyse dynamique du métabolome, ils ont clarifié le mécanisme de production de succinate à haute température, et a montré que la PEPC (phosphoénolpyruvate carboxylase) est impliquée dans la réaction de goulot d'étranglement. Le groupe a ensuite développé un Synechocystis recombinant qui a une activité PEPC plus élevée que le type sauvage par génie génétique. En améliorant la réaction PEPC, et la croissance des cyanobactéries à 37℃, ils ont réussi à augmenter le taux de production de succinate à 7,5 fois plus élevé que les études précédentes.
« Cette étude est une étape importante vers la production de bio-succinate à partir de CO2. Nous visons désormais à augmenter la production de succinate en affinant la voie métabolique », commente le professeur Hasunuma. "En ciblant divers systèmes métaboliques, cette ligne de recherche pourrait apporter de grandes contributions à la recherche fondamentale sur les structures de contrôle des voies métaboliques, et la recherche appliquée sur la production de substances.
