Efficient production and secretion of pyruvate from Halomonas sp. KM-1 under aerobic conditions

Abstract

The alkaliphilic, halophilic bacterium Halomonas sp. KM-1 can utilize both hexose and pentose sugars for the intracellular storage of bioplastic poly-(R)-3-hydroxybutyric acid (PHB) under aerobic conditions. In this study, we investigated the effects of the sodium nitrate concentration on PHB accumulation in the KM-1 strain. Unexpectedly, we observed the secretion of pyruvate, a central intermediate in carbon- and energy-metabolism processes in all organisms; therefore, pyruvate is widely used as a starting material in the industrial biosynthesis of pharmaceuticals and is employed for the production of crop-protection agents, polymers, cosmetics, and food additives. We then further analyzed pyruvate productivity following changes in culture temperature and the buffer concentration. In 48-h batch-cultivation experiments, we found that wild-type Halomonas sp. KM-1 secreted 63.3 g/L pyruvate at a rate of 1.32 g/(L·h), comparable to the results of former studies using mutant and recombinant microorganisms. Thus, these data provided important insights into the production of pyruvate using this novel strain.

Potential pyruvate and poly (3- hydroxybutyrate) production of halophiles bacteria isolated from Giao Thuy, Nam Dinh’s mangrove forest

“…Tùy thuộc vào nồng độ muối tối ưu cho sự sinh trưởng mà có thể chia chúng thành 2 nhóm: nhóm cần muối ở mức trung bình (moderate halophile) và mức cao (extreme halophiles) (Oren, 2008;Ventosa et al, 1998). Các vi sinh vật ưa muối đặc biệt chi Halomonas đã được sử dụng phổ biến để sản xuất các chất hóa học ở quy mô công nghiệp bởi những đặc tính ưu việt của chúng như khả năng sinh trưởng ở pH và nồng độ muối NaCl cao, khoảng chịu đựng về nhiệt độ rộng, và khả năng chịu được nồng độ cơ chất cao (Quillaguamán et al, 2010;Wang et al, 2014;Kawata et al, 2016;Yin et al, 2015). Các sản phẩm có giá trị được sản xuất từ nhóm này bao gồm poly-hydroxyalkanoates (PHA), một họ chất dẻo có khả năng phân hủy sinh học (Quillaguamán et al, 2010); ectoine và hydroxyectoine (Pastor et al, 2010), các enzyme chịu kiềm như amylase, protease, xylanase, cellulase (Setati, 2010).…”

“…Ngoài GTY, môi trường SOT cải tiến có bổ sung 20% glucose cũng được sử dụng để thử khả năng sinh tổng hợp pyruvate của các chủng đã phân lập (Kawata et al, 2016). Môi trường này có chứa các thành phần như sau (g/L):…”

“…Mặc dù hàm lượng pyruvate của chủng ND7 cao hơn rất nhiều so với công bố trước đó của Ngô Thị Hoài Thu và nnk., (2018) (0,11 g/L) nhưng vẫn còn thấp để có thể sử dụng để sản xuất pyruvate ở quy mô lớn hơn. Nghiên cứu của Kawata et al (2016) Theo công bố của Calabia et al, (2011), Yokaryo & Tokiwa (2014) các chủng vi khuẩn có khả năng chịu kiềm là những chủng tiềm năng để sản xuất các axit hữu cơ trong đó có pyruvate. Kawata et al (2016) đã phát hiện khả năng pyruvate được tiết ra môi trường nuôi cấy lên tới 63,3 g/L sau 48 giờ nuôi chủng vi khuẩn Halomonas sp.…”

“…Nghiên cứu của Kawata et al (2016) Theo công bố của Calabia et al, (2011), Yokaryo & Tokiwa (2014) các chủng vi khuẩn có khả năng chịu kiềm là những chủng tiềm năng để sản xuất các axit hữu cơ trong đó có pyruvate. Kawata et al (2016) đã phát hiện khả năng pyruvate được tiết ra môi trường nuôi cấy lên tới 63,3 g/L sau 48 giờ nuôi chủng vi khuẩn Halomonas sp. KM1 trong môi trường khoáng có độ kiềm cao (môi trường SOT cải tiến) và bổ sung 20% glucose.…”

Recent Progress in the Microbial Production of Pyruvic Acid

“…One alkaliphilic, halophilic Halomonas generated 63 g/L pyruvate in 48 h under aerobic conditions using an unsterilized defined medium having high ionic strength [48]. Isolation/optimization over the recent three decades has proven quite successful in improving pyruvate titer, yield and productivity.…”