Microbial production of rhamnolipids: opportunities, challenges and strategies

Abstract

Rhamnolipids are a class of biosurfactants which contain rhamnose as the sugar moiety linked to β-hydroxylated fatty acid chains. Rhamnolipids can be widely applied in many industries including petroleum, food, agriculture and bioremediation etc. Pseudomonas aeruginosa is still the most competent producer of rhamnolipids, but its pathogenicity may cause safety and health concerns during large-scale production and applications. Therefore, extensive studies have been carried out to explore safe and economical methods to produce rhamnolipids. Various metabolic engineering efforts have also been applied to either P. aeruginosa for improving its rhamnolipid production and diminishing its pathogenicity, or to other non-pathogenic strains by introducing the key genes for safe production of rhamnolipids. The three key enzymes for rhamnolipid biosynthesis, RhlA, RhlB and RhlC, are found almost exclusively in Pseudomonas sp. and Burkholderia sp., but have been successfully expressed in several non-pathogenic host bacteria to produce rhamnolipids in large scales. The composition of mono- and di-rhamnolipids can also be modified through altering the expression levels of RhlB and RhlC. In addition, cell-free rhamnolipid synthesis by using the key enzymes and precursors from non-pathogenic sources is thought to not only eliminate pathogenic effects and simplify the downstream purification processes, but also to circumvent the complexity of quorum sensing system that regulates rhamnolipid biosynthesis. The pathogenicity of P. aeruginosa can also be reduced or eliminated through in vivo or in vitro enzymatic degradation of the toxins such as pyocyanin during rhamnolipid production. The rhamnolipid production cost can also be significantly reduced if rhamnolipid purification step can be bypassed, such as utilizing the fermentation broth or the rhamnolipid-producing strains directly in the industrial applications of rhamnolipids.

Biocontrol of Bacterial Leaf Blight of Rice and Profiling of Secondary Metabolites Produced by Rhizospheric Pseudomonas aeruginosa BRp3

“…(Chong and Li, 2017). P. aeruginosa BRp3 demonstrated the production of mono- and di-rhamnolipids (ranged from m/z 500 to 650, Figure 2).…”

Novel combination of a biosurfactant with entomopathogenic fungi enhances efficacy against Bemisia whitefly

“…Despite this economic hurdle, several different research groups have examined ways to reduce the cost of RML, either by using residual materials in production media or by improving the synthesis process. On the bright side, RML prices are expected to drop in the near future . In the present study, the best results, together with reduced LC 50 , were achieved with mixtures of fungus amended with RML at concentrations of approximately 0.02% w/v.…”

Influence of Cultivation Conditions of Rhodococcus erythropolis IMV Ac-5017 on the Properties of Synthesized Surfactants

“…Методи генетичної та метаболічної інженерії використовуються дослідниками для одержання потенційних промислових штамів рамноліпідів [22,24,25]. Необхідність проведення таких досліджень зумовлена насамперед тим, що основні продуценти рамноліпідів є штамами патогенних бактерій Pseudomonas aeruginosa.…”

“…Необхідність проведення таких досліджень зумовлена насамперед тим, що основні продуценти рамноліпідів є штамами патогенних бактерій Pseudomonas aeruginosa. У процесі створення генно-інженерних штамів непатогенних представників роду Pseudomonas (Pseudomonas putida) і Burkholderia було встановлено, що співвідношення моно-і дирамноліпідів у складі синтезованих ПАР можна модифікувати змінен- ням рівня експресії генів rhlB і rhlC [22]. Зазначимо, що залежність біологічних властивостей рамноліпідів від співвідношення моно-і дирамноліпідів у їх складі встановлена у роботах [12,21,22].…”

“…У процесі створення генно-інженерних штамів непатогенних представників роду Pseudomonas (Pseudomonas putida) і Burkholderia було встановлено, що співвідношення моно-і дирамноліпідів у складі синтезованих ПАР можна модифікувати змінен- ням рівня експресії генів rhlB і rhlC [22]. Зазначимо, що залежність біологічних властивостей рамноліпідів від співвідношення моно-і дирамноліпідів у їх складі встановлена у роботах [12,21,22]. У роботі [25] показано, що гени rhlA і rhlB незалежно беруть участь у синтезі рамноліпідів, а не у вигляді гетеродимерного комплексу rhlAB, як передбачалося раніше.…”