Two-Step Bio-Based Production of Heme: In Vivo Cell Cultivation Followed by In Vitro Enzymatic Conversion
Notice bibliographique
Résumé
Heme is a chemical compound crucial for various biological processes and industrial applications. However, the microbial production of heme is often limited by its intracellular accumulation and associated toxicity. To address this, we employed a two-step approach involving in vivo cell cultivation for the production of a heme precursor (coproporphyrin III or coproheme) followed by its in vitro conversion(s) to heme. For the first step, we engineered Escherichia coli strains by implementing the coproporphyrin-dependent (CPD) pathway for bacterial cell cultivation, extracellularly producing up to 251 mg/L coproporphyrin III and 85 mg/L coproheme, respectively. For the second step, we cloned the hemH and hemQ genes for expression in E. coli, and the expressed gene products, i.e., coproheme decarboxylase (ChdC/HemH) and heme synthase (HemQ), were purified. Using the purified enzymes with modulated reaction conditions, we achieved up to a 77.2% yield to convert coproporphyrin III to coproheme and a 45.8% yield to convert coproheme to heme. This in vitro approach not only bypassed the intracellular toxicity constraint associated with in vivo cell cultivation but also enabled precise reaction control, leading to a higher efficiency and yield for heme (and coproheme) production. By applying novel strategies in strain engineering and bioprocessing to overcome inherent bioprocess challenges, this study paves the way for industrial biotechnology for the sustainable, efficient, and even large-scale bio-based production of heme.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».