Feedstock-Efficient Conversion through Hydrogen and Formate-Driven Metabolism in <i>Escherichia coli</i>
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Product yields for biomanufacturing processes are often constrained by the tight coupling of cellular energy generation and carbon metabolism in sugar-based fermentation systems. To overcome this limitation, we engineered Escherichia coli to utilize hydrogen gas (H₂) and formate (HCOO⁻) as alternative sources of energy and reducing equivalents, thereby decoupling energy generation from carbon metabolism. This approach enabled precise suppression of decarboxylative oxidation during acetate growth, with 86.6 ± 1.6% of electrons from hydrogen gas (via soluble hydrogenase from Cupriavidus necator H16) and 98.4 ± 3.6% of electrons from formate (via formate dehydrogenase from Pseudomonas sp. 101) offsetting acetate oxidation. Hydrogen gas supplementation led to a titratable and stoichiometric reduction in CO₂ evolution in acetate-fed cultures. Metabolomic analysis suggests that this metabolic decoupling redirects carbon flux through the glyoxylate shunt, partially bypassing two decarboxylative steps in the TCA cycle. We demonstrated the utility of this strategy by applying it to mevalonate biosynthesis, where formate supplementation during glucose fermentation increased titers by 57.6% in our best-performing strain. Flux balance analysis further estimated that 99.0 ± 2.8% of electrons from formate were used to enhance mevalonate production. These findings highlight a broadly applicable strategy for enhancing biomanufacturing efficiency by leveraging external reducing power to optimize feedstock and energy use. Graphical Abstract Created in BioRender. Panich, J. (2025) https://BioRender.com/0tmtp94
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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) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 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 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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 ».