2,3-丁二醇代谢途径关键酶基因敲除对克雷伯氏菌发酵产1,3-丙二醇的影响

2,3-丁二醇是克雷伯氏菌发酵产1,3-丙二醇的主要副产物,为减少2,3-丁二醇的产生,利用Red重组技术对克雷伯氏菌2,3-丁二醇合成途径关键酶基因budC和budA进行了敲除。突变株发酵性能实验结果表明,所获得的两株突变株生长性能受到不同程度的影响;budC基因的缺失使菌株1,3-丙二醇产量提高了10%,2,3-丁二醇降低为原来的70%,而budA基因缺失则使菌株无2,3-丁二醇和1,3-丙二醇的产生,但乳酸、琥珀酸、乙醇和乙酸的产量较出发菌株都有明显增长。通过进一步对budC基因缺失菌株主要产物分析,推测在该菌中存在2,3-丁二醇回补途径,这一结果为低副产物克雷伯氏菌的改造提供了新依据。     

D-乳酸合成阻断对肺炎克雷伯氏菌的1,3-丙二醇发酵的影响

利用Red同源重组技术,快速敲除肺炎克雷伯氏菌中的编码D-乳酸脱氢酶的两个基因——ldhA和dld,获得KG1-1和KG1-2两个突变株,并研究了敲除编码D-乳酸脱氢酶基因丧失合成D-乳酸的KG1-1菌株的1,3-PD产量和菌体生长变化,实验结果表明乳酸合成缺失对现有工艺1,3-丙二醇发酵无影响。     

地衣芽孢杆菌高产2,3-丁二醇菌株的选育和发酵研究

目前2,3-丁二醇生产菌株大部分为致病菌,对人类健康和环境具有一定威胁。从牛奶样品中分离到1株产2,3-丁二醇的芽孢杆菌127-7,分析其16S rRNA基因序列,确定该菌株为地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)。进一步对菌株127-7进行紫外诱变,筛选耐受高浓度葡萄糖和高产乙偶姻的菌株。摇瓶发酵结果显示,突变株BL41的2,3-丁二醇产量较出发菌株127-7提高了41.1%。对发酵副产物分析发现,不控制发酵液pH可以显著降低乳酸产量,2,3-丁二醇产量在72 h达到81.4 g/L。进一步调整补糖策略,维持最低残糖浓度为30 g/L,菌株BL41产2,3-丁二醇83.4 g/L,最高产率为1.9 g/L·h,发酵时间缩短至46 h。结果表明,地衣芽胞杆菌BL41可以作为候选菌株,用于工业规模2,3-丁二醇的生产。     

2,3-丁二醇生产菌株生产能力的比较和培养基优化

对5株克雷伯氏肺炎杆菌 (包括两株乳酸途径被敲除的工程菌株) 发酵生产2,3-丁二醇能力进行了比较,其中K. pneumonia HR521 LDH (乳酸合成途径中ldhA基因被敲除) 具有最佳的发酵性能。通过正交试验优化了其发酵培养基的主要组分,优化后的培养基组成为：葡萄糖 90 g/L,(NH4)2HPO4 3 g/L,玉米浆 (CLSP) 6 g/L,乙酸钠 5 g/L,KCl 0.4 g/L,MgSO4 0.1 g/L,FeSO4·7H2O 0.02 g/L,MnSO4 0.01 g/L。在优化后的发酵培养基中进行摇瓶发酵,24 h发酵乙偶姻和2,3-丁二醇的终浓度为37.46 g/L,比未优化前增加了10 g/L,2,3-丁二醇得率达到了理论得率的90.53％,生产强度1.56 g/(L·h),检测不到副产物乳酸的生成,利于后提取工艺的进行和工业生产的应用。     

质子自杀法选育克雷伯氏菌产乳酸突变株

以产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca) M5al为出发菌株, 经亚硝基胍诱变处理, 运用质子自杀法选育, 从含0.17 mol/L NaBr-NaBrO3的初筛平板上选出44个具有稳定遗传性的单菌落, 然后结合培养基优化后的摇瓶发酵复筛, 获得3个产乳酸突变株, 其乳酸脱氢酶活性分别为出发菌株的50.6%、58.8%、61.3%。对其中乳酸脱氢酶活性最低的菌株在5 L自动发酵罐上进行批式发酵, 结果显示: 突变株乳酸产量大幅降低, 而乙酸、1,3-丙二醇的产量则显著增加。     

pH对克雷伯氏菌1,3-丙二醇合成关键酶酶活及发酵特性的影响

在5 L发酵罐进行甘油脉冲流加发酵,分析了不同pH值对克雷伯氏肺炎杆菌发酵特性的影响,pH 6.5为菌体最佳生长条件,克雷伯氏肺炎杆菌合成1,3-丙二醇的产量最高。在1,3-丙二醇合成速率较大的对数中前期,进行甘油脉冲流加发酵,提高甘油浓度促进甘油脱水酶、1,3-丙二醇氧化还原酶和甘油脱氢酶活性。不同pH值的脉冲试验表明,甘油脱水酶,2,3-丁二醇脱氢酶比酶活随着pH值的升高而升高,1,3-丙二醇氧化还原酶,乳酸脱氢酶比酶活在pH6.5最高,因此偏酸性的发酵条件和对数期维持一定的甘油浓度能够促进1,3-丙二醇的合成。     

产2,3-丁二醇高木糖耐性肺炎克雷伯氏菌转录组学分析与发酵优化

选育高木糖耐性肺炎克雷伯氏菌并对其进行转录组学分析与产2,3-丁二醇发酵条件的优化。首先通过适应性进化定向筛选出了具有高木糖耐受能力和2,3-丁二醇产量提高的肺炎克雷伯氏菌(KP2),然后对其进行转录组学分析与发酵条件优化。结果显示,筛选出的高木糖耐性的肺炎克雷伯氏菌木糖的转化率提高了174.5%,2,3-丁二醇的产量提高了227%。转录组分析结果表明亲本菌株KPG和KP2菌株差异表达基因中有242个基因上调和263个基因下调。Pathway分析表明,转录水平的变化主要表现在信号转导、碳水化合物代谢、能量代谢和其它物质代谢等。在1L反应器中,初始木糖浓度120 g/L时最优发酵条件为:温度35℃,转速230 r/min,通气量0.7 L/min,最适pH值5.9。在最优条件下,2,3-丁二醇产量达43.75 g/L,相比优化前提高了32.7%。本研究获得了高效利用木糖生产2,3-丁二醇的菌株,对表型变化产生的机理在分子水平上进行阐述,并得到了最优的发酵条件,结果可以为2,3-丁二醇的生物转化提供参考,对2,3-丁二醇的生物法生产具有一定的指导意义。     

生物发酵法生产1,3-丙二醇和2,3-丁二醇

1,3-丙二醇(1,3-PDO)和2,3-丁二醇(2,3-BDO)是工业生产中常见的二醇,可以直接由可再生原料经生物转化生成,在化学、能源等方面具有广泛的用途。本文综述并讨论了微生物发酵法生产这两种二醇的进展,重点介绍了生产菌株的改造及发酵过程的优化。     

pH与溶氧控制对解淀粉芽胞杆菌发酵粗甘油生产2,3-丁二醇的影响

首次利用一株安全菌株解淀粉芽胞杆菌发酵生物柴油副产物粗甘油生产2,3-丁二醇。溶氧和pH是影响微生物法生产2,3-丁二醇的最主要因素。结果表明,发酵过程中不控制pH更有利于2,3-丁二醇合成;采用三阶段控制搅拌转速策略,2,3-丁二醇产量最大值达到?38.1?g/L,生产强度达到1.06?g/(L·h),与恒定转速获得的最好结果相比较,分别提高了14.8%和63.1%。采用脉冲流加发酵时,2,3-丁二醇产量达到71.2 g/L,2,3-丁二醇生产强度达到0.99 g/(L·h),这是目前报道的利用粗甘油合成2,3-丁二醇的最高产量。     

补料分批发酵过程中两阶段发酵生产1,3-丙二醇

在补料分批发酵过程中提高比生长速率不仅减少乙醇、甲酸的生成,而且提高1,3-丙二醇的得率和比生产速率.发酵后期甘油的浓度在15～26 g/L时有利于提高1,3-丙二醇的生产.采取在发酵前期控制菌体较高比生长速率和发酵后期控制适宜甘油浓度相结合的策略,有效地提高了1,3-丙二醇的生产,降低副产物乳酸和乙醇的生成.     

proC及putP基因的敲除对钝齿棒杆菌产L-精氨酸生理代谢的影响

为了选育精氨酸高产菌株,基于谷氨酸棒杆菌的基因组尺度代谢网络模型的指导,以钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)MT-M4为出发菌株,通过基因敲除技术构建了pro C和put P敲除菌株。摇瓶发酵结果表明,pro C敲除菌株精氨酸产量达到9.94g/L,较出发菌株提高了15.90%,葡萄糖转化率提高了26.02%。由于其生长受到明显抑制,因此在发酵液中外源添加24mmol/L的脯氨酸,结果发现其精氨酸产量达到12.22g/L,且菌株恢复生长。put P敲除菌株精氨酸产量达到12.23g/L,较出发菌株提高了42.70%,葡萄糖转化率提高了49.31%。以上结果显示,put P的敲除比pro C的敲除更有利于精氨酸的合成,put P的敲除对菌株的生理代谢基本无影响且无需外添加脯氨酸。     

1,3-丙二醇产生菌的诱变育种及培养基优化

以实验室自然筛选的克雷伯氏杆菌(Klebsiella sp.)为出发株,采用紫外诱变及亚硝基胍和超声波协同处理获得一株1,3-丙二醇高产突变株。在摇瓶发酵中,其产1,3-丙二醇产量由17.39 g/L提高到24.11 g/L,提高38.64%。变异株经10次传代培养,发酵能力稳定。对发酵培养基成分进行了优化,优化后1,3-丙二醇产量为30.05g/L,为优化前的1.25倍。     

高产光学纯(R,R)-2,3-丁二醇工程菌株构建与发酵优化

[目的]构建能够专一性合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇的大肠杆菌工程菌,并进行发酵条件优化。[方法]将来源于多粘芽孢杆菌的(R,R)-2,3-丁二醇脱氢酶基因bdh,来源于阴沟肠杆菌的α-乙酰乳酸合成酶基因bud B和α-乙酰乳酸脱羧酶基因bud A与表达载体p Tr C99A连接,导入大肠杆菌中构建人工合成途径。筛选最适的培养基和发酵条件,提高(R,R)-2,3-丁二醇的产量、产率和得率。[结果]获得高效合成(R,R)-2,3-丁二醇的工程菌株GXASB,筛选到最适碳源及其浓度为120 g/L木薯淀粉,最适pH为6.5,最适接种量为10%,在发酵罐中进行同步糖化法发酵,(R,R)-2,3-丁二醇产量达到105.28 g/L,光学纯为99.1%,得率为0.47 g/g,生产强度为1.95 g/(L·h)。[结论]在大肠杆菌中表达基因簇bud B-bud A-bdh能够专一性合成光学纯(R,R)-2,3-丁二醇,经优化发酵条件后,能够显著提高(R,R)-2,3-丁二醇的合成效率。同时工程菌能够利用非粮原料木薯淀粉高效生产(R,R)-2,3-丁二醇,补料发酵产量达到105.28 g/L,为使用廉价原料工业化生产(R,R)-2,3-丁二醇提供参考。     

丙酮酸对肺炎克雷伯氏菌微氧发酵甘油产1,3-丙二醇的影响

微氧条件下,考察肺炎克雷伯氏菌发酵生产1,3-丙二醇过程中柠檬酸和丙酮酸对发酵过程的影响。摇瓶实验结果表明:添加柠檬酸能抑制菌体生长和1,3-丙二醇合成;丙酮酸对菌体生长和1,3-丙二醇合成有一定的促进作用。5 L发酵罐批式发酵表明:补料培养基中加入8 g/L丙酮酸,1,3-丙二醇的产量提高了约10.8%,转化率提高了约4.4%,比生长速率提高了约10.8%。上述结果初步表明,强化能量的产生能够有效促进1,3-丙二醇的合成,可以利用分子生物学手段强化丙酮酸的产生以促进1,3-丙二醇的合成。     

光滑球拟酵母生产2,3-丁二酮的系统代谢工程策略

【目的】调控丙酮酸工业生产菌株光滑球拟酵母(Torulopsis glabrata)CCTCC M202019碳代谢流分布促进2,3-丁二酮积累。【方法】过量表达来源于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)的乙酰乳酸合成酶(ALS);在此基础上,借助T.glabrata全基因组规模代谢网络模型(GSMM)iNX804解析敲除基因ILV5的必要性;敲除基因BDH以阻断2,3-丁二酮的降解。【结果】过量表达ALS将ALS活性提高了4.6倍,发酵液中2,3-丁二酮浓度从0.01 g/L提高至0.57 g/L。敲除基因ILV5使2,3-丁二酮浓度提高28.1%。敲除基因BDH导致丁二酮还原酶和丁二醇脱氢酶活性分别降低74.4%、76.1%,同时2,3-丁二酮进一步代谢产物3-羟基丁酮和2,3-丁二醇浓度则分别降低52.2%和71.4%,2,3-丁二酮浓度为0.95 g/L。【结论】基于GSMM的系统代谢工程策略能够将碳代谢流从丙酮酸节点导向2,3-丁二酮,实现2,3-丁二酮的有效积累。     

生物法生产2,3-丁二醇研究进展

2,3-丁二醇是一种重要的化工原料,可广泛应用于多个领域。二战期间由于合成橡胶需要大量1,3-丁二烯,2,3-丁二醇生产空前发展。近年来,由于聚对苯二甲酸丁烯树脂、γ-丁内酯,Spandex弹性纤维及其前体的需求增长,2,3-丁二醇的需求和产量也稳步增长。多年来,生物法生产2,3-丁二醇虽然得到了广泛的研究,但一直没有实现工业化。本文从产生2,3-丁二醇的菌种及2,3-丁二醇的生理意义、代谢途径、旋光异构体的形成机理、影响发酵的因素与产物的提纯等方面对生物法生产2,3-丁二醇进行了综述并提出了生物法生产2,3-丁二醇要解决的几个问题。     

生物法生产2,3-T二醇研究进展

2,3-丁二醇是一种重要的化工原料,可广泛应用于多个领域.二战期间由于合成橡胶需要大量1,3-丁二烯,2,3-丁二醇生产空前发展.近年来,由于聚对苯二甲酸丁烯树脂、γ-丁内酯,Spandex弹性纤维及其前体的需求增长,2,3-丁二醇的需求和产量也稳步增长.多年来,生物法生产2,3-丁二醇虽然得到了广泛的研究,但一直没有实现工业化.从产生2,3-丁二醇的菌种及2,3-丁二醇的生理意义、代谢途径、旋光异构体的形成机理、影响发酵的因素与产物的提纯等方面对生物法生产2,3-丁二醇进行了综述并提出了生物法生产2,3-丁二醇要解决的几个问题.     

芽胞杆菌发酵产2,3-丁二醇的研究进展及展望

综述了近年来利用芽胞杆菌生产2,3-丁二醇(2,3-BD)的研究进展,包括生产菌株的筛选、影响芽胞杆菌发酵2,3-丁二醇的因素、芽胞杆菌2,3-丁二醇代谢途径及调控等方面,并对其研究方向进行了展望。     

pH值对Klebsiella pneumoniae合成1,3-丙二醇中心碳代谢的影响

目的：生物法合成1,3-丙二醇时,pH值对于产物谱有着显著影响。本文将研究不同pH值对克雷伯氏肺炎杆菌（Klebsiella pneumoniae）的中心碳代谢的影响。方法：设计单因素试验,控制发酵pH值,用5L Braun发酵罐进行批次发酵,分析发酵过程中产物时序性合成的特性。结果：pH 6.2到7.4适合菌体生长;不同pH值对于葡萄糖消耗无明显差异;pH6.8时能在较长时间保持在高水平的甘油比消耗速率;在偏碱性条件下,有机酸丁二酸、乳酸、乙酸的比生长速率显著增大;而2,3-丁二醇在偏碱性的pH7.4和8.0时根本不能合成。pH6.8时1,3-丙二醇的得率最大,不同pH条件下碳回收率相当。结论：证明了pH值对K. pneumoniae中心碳代谢具有显著影响,不同产物呈现不同的合成动力学特性,其详细机理有带进一步深入研究。     

一株以葡萄糖为底物产2,3-丁二醇微生物菌株的筛选及鉴定

从自然界中筛选出一批以葡萄糖为底物发酵产2,3-丁二醇的菌株,经初步发酵测定发酵液中2,3-丁二醇含量,其中菌株6-7的2,3-丁二醇产量最高达49.6g/L。对其进行常规生理生化鉴定实验,并结合16SrDNA序列分析,比对结果表明,菌株6-7与Bacillus subtilis strain BIHB332相似性达99%。在细菌分类学上属于枯草芽孢杆菌属,将其命名为Bacillussubtilis6-7。其特点是属于环境友好和食品安全型菌株,因此,利用Bacillus subtilis6-7生产2,3-丁二醇具有良好的工业应用价值。