Publicação
A kinetic model of the central carbon metabolism for acrylic acid production in Escherichia coli
| Resumo: | O Ácido Acrílico (AA) é um composto químico que atualmente possui um valor de mercado considerável. Contudo, a maioria do AA comercializado ainda é proveniente da oxidação de derivados do petróleo, como o propileno e o propeno, método que se revela dispendioso e que contribui para o deterioramento do planeta. Assim sendo, existe a necessidade de encontrar novos métodos, mais sustentáveis, para a produção deste composto. Recentemente a literatura tem demonstrado que o uso de uma via fermentativa, que permita a produção de AA em Escherichia coli usando o ácido 3-hidroxipropanoico (3-HP) como intermediário, pode vir a ter aplicações à escala industrial. Atualmente conhecem-se três vias que permitem a produção de AA através do glicerol, malonil-CoA, ou β-alanina, distinguidas apenas na via para produção de 3-HP. Os objetivos deste trabalho foram a implementação dessas vias num modelo cinético do metabolismo do carbono central de E. coli para comparar as vias, e, subsequentemente, encontrar possíveis estratégias de optmização que permitam aumentar a produção de AA. Para isso, este trabalho gerou 12 modelos capazes de simular a produção de 3-HP e AA a partir de glucose our glicerol. Uma vez que o método para o cálculo dos Vmax na via heteróloga foi usado com o intuito de evitar a acumulação de intermediários, estes modelos foram mais eficazes na previsão da produção de 3-HP do que de AA. Não obstante, foi concluído que a escolha da fonte de carbono deve depender da via utilizada. Sendo que, para a via do glicerol parece ser mais eficiente usar glicerol, enquanto para as restantes duas vias, o uso de glucose pode ser benéfico. Além disso, este trabalho também sugere que a utilização da via do malonil-CoA pode trazer vantagens para uma produção à escala industrial, uma vez que, ao contrário da via do glicerol, esta não necessita de suplementação de vitaminas, permitindo ainda assim obter uma boa produção de AA. Para finalizar, este trabalho também propõe algumas enzimas que podem ser sobre-expressadas para melhorar a produção de AA. Para a via do glicerol as enzimas são a glicerol-3-fosfato desidrogenase e a glicerol-3-fosfato fosfatase. No caso da via do malonil-CoA é a acetyl-CoA carboxilase. Finalmente, para a via da β-alanina, os alvos sugeridos são a aspartato aminotransferase e a aspartato carboxilase. |
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| Autores principais: | Oliveira, Alexandre Rafael Machado |
| Assunto: | Ácido 3-Hidroxipropanoico Ácido acrílico E.coli Modelos cinéticos 3-Hydroxypropionate Acrylic acid Kinetic models Engenharia e Tecnologia::Biotecnologia Industrial |
| Ano: | 2019 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | O Ácido Acrílico (AA) é um composto químico que atualmente possui um valor de mercado considerável. Contudo, a maioria do AA comercializado ainda é proveniente da oxidação de derivados do petróleo, como o propileno e o propeno, método que se revela dispendioso e que contribui para o deterioramento do planeta. Assim sendo, existe a necessidade de encontrar novos métodos, mais sustentáveis, para a produção deste composto. Recentemente a literatura tem demonstrado que o uso de uma via fermentativa, que permita a produção de AA em Escherichia coli usando o ácido 3-hidroxipropanoico (3-HP) como intermediário, pode vir a ter aplicações à escala industrial. Atualmente conhecem-se três vias que permitem a produção de AA através do glicerol, malonil-CoA, ou β-alanina, distinguidas apenas na via para produção de 3-HP. Os objetivos deste trabalho foram a implementação dessas vias num modelo cinético do metabolismo do carbono central de E. coli para comparar as vias, e, subsequentemente, encontrar possíveis estratégias de optmização que permitam aumentar a produção de AA. Para isso, este trabalho gerou 12 modelos capazes de simular a produção de 3-HP e AA a partir de glucose our glicerol. Uma vez que o método para o cálculo dos Vmax na via heteróloga foi usado com o intuito de evitar a acumulação de intermediários, estes modelos foram mais eficazes na previsão da produção de 3-HP do que de AA. Não obstante, foi concluído que a escolha da fonte de carbono deve depender da via utilizada. Sendo que, para a via do glicerol parece ser mais eficiente usar glicerol, enquanto para as restantes duas vias, o uso de glucose pode ser benéfico. Além disso, este trabalho também sugere que a utilização da via do malonil-CoA pode trazer vantagens para uma produção à escala industrial, uma vez que, ao contrário da via do glicerol, esta não necessita de suplementação de vitaminas, permitindo ainda assim obter uma boa produção de AA. Para finalizar, este trabalho também propõe algumas enzimas que podem ser sobre-expressadas para melhorar a produção de AA. Para a via do glicerol as enzimas são a glicerol-3-fosfato desidrogenase e a glicerol-3-fosfato fosfatase. No caso da via do malonil-CoA é a acetyl-CoA carboxilase. Finalmente, para a via da β-alanina, os alvos sugeridos são a aspartato aminotransferase e a aspartato carboxilase. |
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