Biosynthesis of Poly(3-Hydroxyalkanoic Acid) Copolymer from CO(inf2) in Pseudomonas acidophila through Introduction of the DNA Fragment Responsible for Chemolithoautotrophic Growth of Alcaligenes hydrogenophilus

Abstract

Pseudomonas acidophila is a bacterial strain producing a poly(3-hydroxyalkanoic acid) (PHA) copolymer from low-molecular-weight organic compounds such as formate and acetate. The genes responsible for PHA production were cloned in cosmid pIK7 containing a 14.8-kb HindIII fragment of P. acidophila DNA. With the aim of developing a means of producing a PHA copolymer from CO 2 , cosmid pIK7 was introduced into a polymer-negative mutant of the chemolithoautotrophic bacterium Alcaligenes eutrophus PHB ؊ 4. However, the recombinant strain produced a homopolymer of 3-hydroxybutyric acid (polyhydroxybutyric acid) from CO 2. Since it was thought that the composition of the accumulated polymer might depend not on the PHA biosynthetic genes but on the metabolism of the host strain, a recombinant plasmid, pFUS, containing the genes for chemolithoautotrophic growth of the hydrogen-oxidizing bacterium A. hydrogenophilus was introduced into P. acidophila by conjugation. The recombinant plasmid pFUS was stably maintained in P. acidophila in the absence of chemolithoautotrophic or antibiotic selection. This pFUS-harboring strain possessed the ability to grow under a gas mixture of H 2 , O 2 , and CO 2 in a mineral salts medium, and PHA copolymer accumulation was confirmed by nuclear magnetic resonance spectral analysis. A gas chromatogram obtained by gas chromatography-mass spectrometry showed the composition of the polymer to be 52.8% 3-hydroxybutyrate, 41.1% 3-hydroxyoctanoate, and 6.1% 3-hydroxydecanoate. This is the first report of the production of a PHA copolymer from CO 2 as sole carbon source.

Produção de polihidroxialcanoatos por linhagens recombinantes de Escherichia coli.

“…Estes polímeros são acumulados, na maioria dos microorganismos, quando ocorre uma limitação no crescimento celular pela falta de pelo menos um nutriente essencial para sua multiplicação (Nitrogênio, fósforo, magnésio, ferro, etc.) ou em condições limitantes de oxigênio, e um excesso da fonte de carbono (ANDERSON;DAWES, 1990;KIM et al, 1997;LAGEVEEN et al, 1998;YAGI et al, 1996). Existe uma ampla variedade de PHAs produzidos por diversas espécies de microrganismos, sendo que pelo menos 150 diferentes monômeros já foram identificados como constituintes de PHAs sintetizados por bactérias (LUENGO et al, 2003).…”

Caracterização do gene PHA sintase de bactérias isoladas a partir de amostras de solo.

“…R. eutropha foi transformada com um plasmídeo de amplo espectro de hospedeiros, contendo seus próprios Quando um plasmídeo contendo os genes para o crescimento para crescimento quimiolitoautrofico de Alcaligenes hydrogenophilus foram introduzidos em P. acidóphila, este recombinante foi capaz de crescer sob uma mistura de gases de H 2 , O 2 e CO 2 , acumulando copolímeros de PHA, com uma proporção de 52,8 mol% de 3HB, 41,1 mol% de 3HO e 6,1mol% de 3HD. No entanto, o teor de polímero era relativamente baixo com 7% da massa seca celular(YAGI et al, 1996).Do ponto de vista da composição e propriedades do polímero, as linhagens recombinantes despertam um grande interesse, já que é possível controlar a composição do polímero, fato que não acontece com as linhagens selvagens. O controle da composição do polímero permite com que a produção de PHA seja consistente e reproduzível; assim como permite ajustar e melhorar as propriedades do polímero para o uso de novas aplicações esta estratégia de engenheira metabólica, tem se demonstrado que a especificidade do substrato pela PHA sintase pode variar ampliando-a, porque a linhagem hospedeira proporciona por meio de outras vias metabólicas diferentes substratos, sendo aceitos pela enzima, caso que não acontece com a linhagem original.…”