Uncontrolled macrophage activation is now considered to be a critical event in the pathogenesis of chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis, multiple sclerosis, and chronic venous leg ulcers. However, it is still unclear which environmental cues induce persistent activation of macrophages in vivo and how macrophage-derived effector molecules maintain chronic inflammation and affect resident fibroblasts essential for tissue homeostasis and repair. We used a complementary approach studying human subjects with chronic venous leg ulcers, a model disease for macrophage-driven chronic inflammation, while establishing a mouse model closely reflecting its pathogenesis. Here, we have shown that iron overloading of macrophages — as was found to occur in human chronic venous leg ulcers and the mouse model — induced a macrophage population in situ with an unrestrained proinflammatory M1 activation state. Via enhanced TNF-α and hydroxyl radical release, this macrophage population perpetuated inflammation and induced a p16INK4a-dependent senescence program in resident fibroblasts, eventually leading to impaired wound healing. This study provides insight into the role of what we believe to be a previously undescribed iron-induced macrophage population in vivo. Targeting this population may hold promise for the development of novel therapies for chronic inflammatory diseases such as chronic venous leg ulcers.

We recently engineered Corynebacterium glutamicum for aerobic production of 2-ketoisovalerate by inactivation of the pyruvate dehydrogenase complex, pyruvate:quinone oxidoreductase, transaminase B, and additional overexpression of the ilvBNCD genes, encoding acetohydroxyacid synthase, acetohydroxyacid isomeroreductase, and dihydroxyacid dehydratase. Based on this strain, we engineered C. glutamicum for the production of isobutanol from glucose under oxygen deprivation conditions by inactivation of l-lactate and malate dehydrogenases, implementation of ketoacid decarboxylase from Lactococcus lactis, alcohol dehydrogenase 2 (ADH2) from Saccharomyces cerevisiae, and expression of the pntAB transhydrogenase genes from Escherichia coli. The resulting strain produced isobutanol with a substrate-specific yield (Y(P/S)) of 0.60 ± 0.02 mol per mol of glucose. Interestingly, a chromosomally encoded alcohol dehydrogenase rather than the plasmid-encoded ADH2 from S. cerevisiae was involved in isobutanol formation with C. glutamicum, and overexpression of the corresponding adhA gene increased the Y(P/S) to 0.77 ± 0.01 mol of isobutanol per mol of glucose. Inactivation of the malic enzyme significantly reduced the Y(P/S), indicating that the metabolic cycle consisting of pyruvate and/or phosphoenolpyruvate carboxylase, malate dehydrogenase, and malic enzyme is responsible for the conversion of NADH + H+ to NADPH + H+. In fed-batch fermentations with an aerobic growth phase and an oxygen-depleted production phase, the most promising strain, C. glutamicum ΔaceE Δpqo ΔilvE ΔldhA Δmdh(pJC4ilvBNCD-pntAB)(pBB1kivd-adhA), produced about 175 mM isobutanol, with a volumetric productivity of 4.4 mM h⁻¹, and showed an overall Y(P/S) of about 0.48 mol per mol of glucose in the production phase.

Abstract Lack of active export system often limits the industrial bio-based production processes accumulating the intracellular product and hence complexing the purification steps. L-lysine, an essential amino acid, is produced biologically in quantities exceeding two million tons per year; yet, L-lysine production is challenged by efficient export system at high titres during fermentation. To address this issue, new exporter candidates for efficient efflux of L-lysine are needed. Using metagenomic functional selection, we identified 58 genes encoded on 28 unique metagenomic fragments from cow gut microbiome library that improved L-lysine tolerance. These genes include a novel putative L-lysine transporter, belonging to a previously uncharacterized EamA superfamily. Characterization using Xenopus oocyte expression system as well as an Escherichia coli host demonstrates activity as a L-lysine transporter. This novel exporter improved L-lysine tolerance in E. coli by 40% and enhanced the specific productivity of L-lysine in an industrial Corynebacterium glutamicum strain by 12%. Our approach allows the sequence-independent discovery of novel exporters and can be deployed to increase titres and productivity of toxicity-limited bioprocesses.