Un groupe de recherche en ingénierie métabolique du KAIST a développé une souche modifiée de Corynebacterium glutamicum capable de produire de l'acide glutarique de haut niveau sans sous-produits du glucose. Cette nouvelle stratégie sera utile pour développer des micro-organismes modifiés pour la production biologique de produits chimiques à valeur ajoutée.

Acide glutarique, également connu sous le nom d'acide pentanedioïque, est un acide carboxylique largement utilisé pour diverses applications, notamment la production de polyesters, polyamide, polyuréthanes, anhydride glutarique, 1, 5-pentanediol, et l'acide 5-hydroxyvalérique. L'acide glutarique a été produit en utilisant diverses méthodes chimiques à base de pétrole, s'appuyant sur des matières premières non renouvelables et toxiques. Ainsi, diverses approches ont été adoptées pour produire biologiquement de l'acide glutarique à partir de ressources renouvelables. Précédemment, le développement du premier Escherichia coli producteur d'acide glutarique en introduisant des gènes de Pseudomonas putida a été rapporté par un groupe de recherche de KAIST, mais le titre était bas. La production d'acide glutarique par Corynebacterium glutamicum métaboliquement modifié a également été rapportée dans plusieurs études, mais d'autres améliorations de la production d'acide glutarique semblaient possibles puisque C. glutamicum a la capacité de produire plus de 130 g/L de L-lysine.

Un groupe de recherche composé de Taehee Han, Gi Bae Kim, et le professeur distingué Sang Yup Lee du Département de génie chimique et biomoléculaire ont abordé cette question. Leur article de recherche « Production d'acide glutarique par l'ingénierie métabolique des systèmes d'un Corynebacterium glutamicum L-lysine-overproduce, " a été publié en ligne dans PNAS le 16 novembre, 2020.

Cette recherche rapporte le développement d'une souche de C. glutamicum modifiée métaboliquement capable de produire efficacement de l'acide glutarique, à partir d'un surproducteur de L-lysine. Les nouvelles stratégies et approches suivantes pour obtenir une production d'acide glutarique de haut niveau ont été utilisées. D'abord, les voies métaboliques de C. glutamicum ont été reconstituées pour la production d'acide glutarique en introduisant des gènes de P. putida. Puis, analyses multi-omiques dont le génome, transcriptome, et fluxome ont été menées pour comprendre le phénotype de la souche surproductrice de L-lysine. En plus de la compréhension systématique de la souche hôte, les cibles de manipulation génétique ont été prédites par des analyses omiques et appliquées pour l'ingénierie de C. glutamicum, qui a abouti au développement d'une souche modifiée capable de produire efficacement de l'acide glutarique. Par ailleurs, le nouvel exportateur d'acide glutarique a été découvert pour la première fois, qui a été utilisé pour augmenter davantage la production d'acide glutarique en améliorant l'excrétion du produit. Enfin et surtout, les conditions de culture ont été optimisées pour une production d'acide glutarique de haut niveau. Par conséquent, la souche modifiée finale était capable de produire 105,3 g/L d'acide glutarique, le titre le plus élevé jamais rapporté, en 69 heures par fermentation fed-batch.

Le professeur Sang Yup Lee a dit :« Il est significatif que nous ayons pu développer un producteur d'acide glutarique hautement efficace capable de produire de l'acide glutarique au titre le plus élevé au monde sans aucun sous-produit à partir de sources de carbone renouvelables. Cela accélérera davantage la production biosourcée de produits chimiques précieux dans les domaines pharmaceutique/médical /industries chimiques."