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Enhanced butanol production through intracellular NADH regeneration in CdSe-C. acetobutylicumg semi-photosynthetic biohybrid system
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-12-04 , DOI: 10.1016/j.biortech.2024.131939 Tingting Liu, Ran Guo, Xinyi Wang, Ning Gu, Na Wu, Jianguo Wu, Yuxian Wang
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2024-12-04 , DOI: 10.1016/j.biortech.2024.131939 Tingting Liu, Ran Guo, Xinyi Wang, Ning Gu, Na Wu, Jianguo Wu, Yuxian Wang
Current environmental challenges and energy crises highlight the urgent need for a transition in energy mix. In this study, an innovative semi-photosynthetic biohybrid system that combined light-activated cadmium selenide quantum dots (CdSe QDs) with engineered Gram-positive anaerobic bacteria, Clostridium acetobutylicum g (C. acetobutylicum g ), was developed to enhance renewable butanol production. The results demonstrated that CdSe QDs could be biosynthesized intracellularly within C. acetobutylicum g through the introduction of glutathione pathway, without causing significant damage to bacteria. Furthermore, this system showed remarkable tolerance to butanol and weak acids. Under illumination, the biological synthesized CdSe QDs enabled C. acetobutylicum g to achieve a 45.5 % increase in NADH/NAD+ ratio compared to C. acetobutylicum g without CdSe QDs. When utilizing undetoxified rice straw hydrolysate in photo-fermentation, this system achieved a butanol titer of 14.82 g/L and a yield of 0.29 g/g. Overall, this work aims to effectively harness solar energy and biomass resources for sustainable clean biofuel production.
中文翻译:
通过 CdSe-C 中的细胞内 NADH 再生增强丁醇的产生。乙酰丁基生物半光合生物杂交系统
当前的环境挑战和能源危机凸显了能源结构转型的迫切需求。在这项研究中,开发了一种创新的半光合生物杂交系统,该系统将光激活硒化镉量子点 (CdSe QD) 与工程革兰氏阳性厌氧菌乙酰丁酸梭菌 (C. acetobutylicumg) 相结合,以提高可再生丁醇的生产。结果表明,通过引入谷胱甘肽途径,CdSe QDs 可以在 C. acetobutylicumg 内进行细胞内生物合成,而不会对细菌造成显着损害。此外,该系统对丁醇和弱酸表现出显著的耐受性。在光照下,与不含 CdSe QD 的乙酰丁酸梭菌相比,生物合成的 CdSe QD 使乙酰丁酸梭菌的 NADH/NAD+ 比率增加了 45.5%。当在光发酵中使用未提取的水稻秸秆水解物时,该系统实现了 14.82 g/L 的丁醇滴度和 0.29 g/g 的产量。总体而言,这项工作旨在有效利用太阳能和生物质资源进行可持续的清洁生物燃料生产。
更新日期:2024-12-04
中文翻译:
通过 CdSe-C 中的细胞内 NADH 再生增强丁醇的产生。乙酰丁基生物半光合生物杂交系统
当前的环境挑战和能源危机凸显了能源结构转型的迫切需求。在这项研究中,开发了一种创新的半光合生物杂交系统,该系统将光激活硒化镉量子点 (CdSe QD) 与工程革兰氏阳性厌氧菌乙酰丁酸梭菌 (C. acetobutylicumg) 相结合,以提高可再生丁醇的生产。结果表明,通过引入谷胱甘肽途径,CdSe QDs 可以在 C. acetobutylicumg 内进行细胞内生物合成,而不会对细菌造成显着损害。此外,该系统对丁醇和弱酸表现出显著的耐受性。在光照下,与不含 CdSe QD 的乙酰丁酸梭菌相比,生物合成的 CdSe QD 使乙酰丁酸梭菌的 NADH/NAD+ 比率增加了 45.5%。当在光发酵中使用未提取的水稻秸秆水解物时,该系统实现了 14.82 g/L 的丁醇滴度和 0.29 g/g 的产量。总体而言,这项工作旨在有效利用太阳能和生物质资源进行可持续的清洁生物燃料生产。