Enhancing the tolerance of Clostridium saccharoperbutylacetonicum to ligno‐ cellulosic-biomass-derived inhibitors for efficient biobutanol production by overexpressing efflux pumps genes from Pseudomonas putida

Abstract

Furan aldehydes and phenolic compounds generated during biomass pretreatment can inhibit fermentation for biofuel production. Efflux pumps actively transport small molecules out of cells, thus sustaining normal microbial metabolism. Pseudomonas putida has outstanding tolerance to butanol and other small molecules, and we hypothesize that its efflux pump could play essential roles for such robustness. Here, we overexpressed efflux pump genes from P. putida to enhance tolerance of hyper-butanol producing Clostridium saccharoperbutylacetonicum to fermentation inhibitors. Interestingly, overexpression of the whole unit resulted in decreased tolerance, while overexpression of the subunit (srpB) alone exerted significant enhanced robustness of the strain. Compared to the control, the engineered strain had enhanced capability to grow in media containing 17% more furfural or 50% more ferulic acid, and produced ~14 g/L butanol (comparable to fermentation under regular conditions without inhibitors). This study provided valuable reference for boosting microbial robustness towards efficient biofuel production from lignocellulosic materials.

Los aldehídos furanos y los compuestos fenólicos generados durante el pretratamiento de la biomasa pueden inhibir la fermentación para la producción de biocombustible. Las bombas de eflujo transportan activamente pequeñas moléculas fuera de las células, manteniendo así el metabolismo microbiano normal. Pseudomonas putida tiene una tolerancia sobresaliente al butanol y otras moléculas pequeñas, y planteamos la hipótesis de que su bomba de salida podría desempeñar un papel esencial para tal robustez. Aquí, sobreexpresamos genes de bomba de eflujo de P. putida para mejorar la tolerancia de Clostridium saccharoperbutylacetonicum productor de hiperbutanol a los inhibidores de la fermentación. Curiosamente, la sobreexpresión de toda la unidad resultó en una disminución de la tolerancia, mientras que la sobreexpresión de la subunidad (srpB) por sí sola ejerció una robustez mejorada significativa de la cepa. En comparación con el control, la cepa diseñada tenía una capacidad mejorada para crecer en medios que contenían un 17% más de furfural o un 50% más de ácido ferúlico, y producía ~ 14 g / L de butanol (comparable a la fermentación en condiciones regulares sin inhibidores). Este estudio proporcionó una referencia valiosa para impulsar la robustez microbiana hacia la producción eficiente de biocombustible a partir de materiales lignocelulósicos.