Oxidative bioconversion of toluene to 1,3-butadiene-1,4-dicarboxylic acid (cis,cis-muconic acid)

Pseudomonas sp. strains, isolated from soil, utilized toluene as their sole carbon source through ameta cleavage pathway. Strains metabolizing toluene through anortho cleavage pathway were selected from the wild typemeta strain. Theortho pathway strains were subjected to chemostat selection to obtain a fast-growing strain with doubling time reduced from 14 to 1.2 h. Benzoale and antibiotics enrichment selection procedures were utilized to select a blocked mutant. The blocked mutant grew on acetate as its sole carbon source and oxidatively converted toluene tocis, cis-muconic acid. Double-blocked and muconate-permeable mutants were also selected to reduce reversion frequency and to enhance muconic acid production. In shake-flask experiments, muconic acid at 3.5 g/l was obtained after 2 days of fermentation. In a 14 l fermenter, muconic acid was produced at 45 g/l in 4 days of controlled fed-batch fermentation. The oxidative bioconversion process was also demonstrated in a 1500 l fermenter.

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Résumé Des souches dePseudomonas sp., isolées du sol, ont utilisé le toluène comme seule source de carbone par la vole de la rupture de cycle enmeta. On a sélectionné des souches métabolisant le toluène par la voie de la rupture de cycle enortho, à partir de la souche sauvage de typemeta. Les souches de la voieortho ont été soumises à la sélection en chémostat pour obtenir des souches à croissance rapide dont le temps de doublement est rédult de 14 à 1.2 h. Les procédures de sélection par enrichissement sur benzoale et antibiotiques ont été utilisées pour sélectionner un mutant bloqué. Le mutant bloqué croît sur acétate comme seule source de carbone et convertit le toluène par voie oxydative en acidecis,cis-muconique. On a également sélectionné des mutants doublement bloqués et perméables au muconate pour réduire la lréquence de réversion et pour augmenter la production d'acide muconique. En expérimentation en flacons agités, on a obtenu 3.5 g/l d'acide muconique après 2 jours de fermentation. En fermentuer de 14 l, on a produit 45 g/l d'acide muconique en 4 jours de fermentation contrôlée en milieu non renouvelé à allmentation étagée. Le processus de bioconversion oxydative a également été démontré en fermenteur de 1500 l.