Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1822/41689

TitleExploitation of Ashbya gossypii for the production of high-value products from glycerol feedstocks
Other titlesExploração de Ashbya gossypii para a produção de produtos de elevado valor a partir de glicerol
Author(s)Silva, Rui Miguel Correia da
Advisor(s)Domingues, Lucília
Aguiar, Tatiana Quinta
Issue date5-Dec-2014
Abstract(s)The implementation of biorefineries has been proposed as a mean to increase the economic viability of the biobased industries. In its “conventional” form, a biorefinery makes use of by-products (e.g. crude glycerol) generated during the production of biodiesel to coproduce high-value products. For this, it is necessary to develop robust microorganisms, easily metabolically and genetically manipulated in order to develop tailor made cell factories. Ashbya gossypii is considered an example of the sustainable white biotechnology business model in what concerns the industrial production of riboflavin. Its biotechnological relevance has allowed the development of directed and based-knowledge methodologies for strain optimization for riboflavin production. The metabolic engineering strategies tested to create overproducing strains have focused on pathways strongly connected with riboflavin production. However, the A. gossypii pyrimidine pathway and its connection with the riboflavin biosynthetic pathway had not yet been assessed. We report that the blockage of the de novo pyrimidine biosynthetic pathway in the recently generated A. gossypii Agura3 uridine/uracil auxotrophic strain led to improved riboflavin production. Considering that the riboflavin and the pyrimidine pathways share the same precursors and that riboflavin overproduction may be triggered by stress, we suggest that overproduction of riboflavin by A. gossypii Agura3 may occur as an outcome of a nutritional stress response and/or of an increased availability in precursors for riboflavin biosynthesis, due to their reduced consumption by the pyrimidine pathway. Despite the recognized capabilities of A. gossypii to use industrial wastes as substrate for the production of riboflavin, glycerol had not yet been exploited. In this study we explore riboflavin production by A. gossypii from glycerol. Additionally, we designed a strategy to improve its glycerol consumption profile by overexpressing glycerol uptake proteins (GUP1) genes. A. gossypii strains overexpressing the native GUP1 gene (pRSAG) or GUP1 gene from Saccharomyces cerevisiae (pRSSG) under the control of the AgTEF promoter displayed significantly improved glycerol-dependent hyperosmotic stress tolerance and glycerol consumption profiles, indicating that our strategy successfully led to the improvement of glycerol utilization. These results contribute to the further development of A. gossypii as an environmentalfriendly cell factory organism, contributing to its establishment in the biorefinery concept.
A implementação de biorrefinarias tem sido proposta como um meio para aumentar a viabilidade económica das bioindústrias. Na sua forma “convencional”, uma biorrefinaria faz uso de sub-produtos (e.g. glicerol em bruto) gerados durante a produção de biodiesel para coproduzir produtos de valor acrescentado. Para isto, é necessário o desenvolvimento de microrganismos robustos, facilmente manipuláveis metabólica e geneticamente, de modo a desenvolver fábricas celulares feitas à medida. Ashbya gossypii é considerado um exemplo do modelo de negócio sustentável da biotecnologia branca no que diz respeito à produção industrial de riboflavina. A sua relevância biotecnológica tem permitido o desenvolvimento de metodologias baseadas no conhecimento direcionado para a otimização de estirpes para produção de riboflavina. As estratégias de engenharia metabólica testadas têm-se focado em vias metabólicas fortemente relacionadas com a produção de riboflavina. No entanto, a via das pirimidinas de A. gossypii e a sua relação com a via biossintética da riboflavina ainda não tinham sido avaliadas. Nós reportamos que o bloqueio da via de biossíntese de novo das pirimidinas na recentemente gerada estirpe auxotrófica para uridina/uracilo A. gossypii Agura3 levou a uma melhorada produção de riboflavina. Considerando que as vias da riboflavina e das pirimidinas partilham os mesmos precursores e que a sobre-produção de riboflavina pode ser desencadeada por stress, nós sugerimos que a sobre-produção de riboflavina por A. gossypii Agura3 pode ocorrer como resultado de uma resposta a stress nutricional e/ou de uma aumentada disponibilidade de precursores para a biossíntese de riboflavina, devido ao seu reduzido consumo pela via das pirimidinas. Apesar das reconhecidas capacidades de A. gossypii para utilizar resíduos industriais para a produção de riboflavina, o glicerol ainda não havia sido explorado. Neste estudo, exploramos a produção de riboflavina por A. gossypii a partir de glicerol. Adicionalmente, desenhamos uma estratégia para melhorar o seu perfil de consumo de glicerol a partir da sobre-expressão de genes que codificam proteínas envolvidas no transporte de glicerol para dentro da célula (GUP1). Estirpes de A. gossypii a sobre-expressar o gene nativo GUP1 (pRSAG) ou gene de Saccharomyces cerevisiae GUP1 (pRSSG) sob o controlo do promotor AgTEF apresentaram uma tolerância ao stress híper-osmótico dependente de glicerol e um perfil de consumo de glicerol significativamente melhorados, indicando que a nossa estratégia levou com sucesso a uma utilização melhorada de glicerol. Estes resultados contribuem para o desenvolvimento de A. gossypii como uma fábrica celular amiga do ambiente, contribuindo para o seu estabelecimento no conceito de biorrefinaria.
TypeMaster thesis
DescriptionDissertação de mestrado em Bioengenharia
URIhttp://hdl.handle.net/1822/41689
AccessEmbargoed access (3 Years)
Appears in Collections:BUM - Dissertações de Mestrado
CEB - Dissertações de Mestrado / MSc Dissertations

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