产生L-异亮氨酸的黄色短杆菌的代谢途径分析

目的:代谢工程要解决的主要问题是改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布,其目标就是修饰初级代谢,将碳架物质流导入目的产物的载流途径,以获得产物的最大转化率。方法:利用途径分析方法对黄色短杆菌生产L-异亮氨酸的途径进行了分析。结果:建立了9种基础模型,确定L-异亮氨酸理论最高摩尔产率是1;确定了黄色短杆菌生产L-异亮氨酸的最佳途径的通量分布,并以此为依据进行发酵溶氧控制优化,溶氧分阶段控制发酵生产L-异亮氨酸比溶氧恒定控制方式发酵的产率提高了8.2%。结论:根据途径分析结果,通过改变发酵过程有关参数,可使目的产物产率得到提高。     

L-色氨酸生物合成的代谢流量分析

建立了谷氨酸棒杆菌合成L-色氨酸(L-Try)的代谢流量平衡模型,应用该模型计算出发酵中后期的代谢流分布并通过MATLAB软件线性规划得到Try理想代谢流分布。结果表明75．15％的碳架进入糖酵解,24．85％的碳架进入HMP途径;但与理想代谢流相比,应从遗传改造和发酵控制方面降低TCA循环的代谢流,减少副产氨基酸的生成,摸索最适的溶氧控制对提高Try产率至关重要。     

L-色氨酸生物合成的代谢流量分析

建立了谷氨酸棒杆菌合成L色氨酸(LTry)的代谢流量平衡模型,应用该模型计算出发酵中后期的代谢流分布并通过MATLAB软件线性规划得到Try理想代谢流分布。结果表明75.15%的碳架进入糖酵解,24.85%的碳架进入HMP途径;但与理想代谢流相比,应从遗传改造和发酵控制方面降低 TCA循环的代谢流,减少副产氨基酸的生成,摸索最适的溶氧控制对提高Try产率至关重要。     

不同溶氧对谷氨酸棒杆菌代谢的影响

【目的】以谷氨酸棒杆菌为研究对象,分别控制在0、30%、50%3种溶氧水平下进行发酵,分析不同溶氧水平下代谢的变化。【方法】通过检测发酵代谢物中有机酸、氨基酸的含量,以及测定代谢途径中关键酶活性及其编码基因的表达情况来考察不同溶氧水平下物质代谢发生的变化。通过检测胞内还原力和ATP的含量来分析不同溶氧水平对能量代谢产生的影响。【结果】谷氨酸棒杆菌代谢支路受溶氧的影响而发生改变,氨基酸、有机酸的产量也随之改变。特别是在低溶氧(0)情况下,细胞内氧化磷酸化减弱,导致维持生命活动所必需的ATP供应减少,因此细胞通过增强底物水平磷酸化来产生ATP以满足生命活动的需求。在此情况下,胞内NADH得到较多积累,TCA循环代谢流量减小,而转向糖酵解、乙醛酸循环等,并且这个过程伴随多种杂酸包括乳酸、缬氨酸、亮氨酸等的产生,必将影响目的产物的产量。【结论】研究结果对于进一步采取措施优化溶氧的控制策略,提高目的产物的产量具有指导意义。     

不同溶氧条件下L-苏氨酸生物合成菌株的代谢流量分析

[目的]探索L-苏氨酸生物合成机理及影响因素.[方法]建立了大肠杆菌L-苏氨酸的代谢流平衡模型,应用MATLAB软件计算出不同溶氧条件下发酵中后期代谢网络的代谢流分布及理想代谢流分布.[结果]5%溶氧条件下,25.5%碳架进入HMP途径,74.5%碳架进入糖酵解途径,获得33.9%质量转化率;20%溶氧条件下,58.08%碳架进入HMP途径,41.92%碳架进入糖酵解途径,获得46.5%质量转化率;[结论]与理想代谢流(88.23%质量转化率)相比,应从菌种改造和发酵控制方面通过改变6-磷酸葡萄糖异构酶借以增加HMP途径代谢流量,通过增加磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应代谢流提高天冬氨酸族合成代谢流,减少TCA循环代谢流量,从而达到减少副产物生成,增加L-苏氨酸生物合成的目的.     

溶氧对L-苏氨酸发酵的影响

探索溶氧对L-苏氨酸发酵过程的影响及其控制方法。通过摇瓶装液量试验、不同溶氧控制方式考察发酵过程中溶氧对L-苏氨酸合成的影响。采用补料分批发酵工艺发酵L-苏氨酸,利用氨基酸分析仪测定发酵液中L-苏氨酸的产量,通过10L罐补料分批发酵36h,产酸可达118.9g/L,糖酸转化率为47.6%。可以得出溶氧对L-苏氨酸生物合成有重要影响,并建立了最佳溶氧控制条件。     

溶氧对L-缬氨酸发酵过程的影响

目的:以黄色短杆菌XV0505为供试菌,探索溶氧对L-缬氨酸发酵过程的影响及其控制策略。方法:利用5L发酵罐,考察了不同溶氧浓度对L-缬氨酸发酵的影响,并采用代谢流分析对其结果进行阐述,提出分阶段溶氧控制策略。结果:采用分阶段溶氧控制策略,即在0～24h溶氧浓度为20%,24～60h溶氧浓度为5%,发酵60h,L-缬氨酸可达到58.36g/L,比5%和20%溶氧浓度下分别提高了18.95%和13.56%。结论:溶氧浓度对L-缬氨酸发酵有重要影响。     

黄色短杆菌TK0303的L-亮氨酸生物合成途径分析

应用途径分析方法分析了在拟稳态时黄色短杆菌(Brevibacterium flavum)TK0303由葡萄糖发酵生产L-亮氨酸的代谢途径,确定了L-亮氨酸合成的最佳途径和最大理论产率。通过比较途径分析所获得的反应模型,确定了丙酮酸和乙酰辅酶A是L-亮氨酸合成途径的关键节点。在此基础上改变外界环境因子,强化L-亮氨酸生物合成途径中丙酮酸和乙酰辅酶A两个关键节点的代谢流,以期进一步提高L-亮氨酸产率。结果表明,经过谷氨酸以及醋酸铵的调节,代谢途径流量发生显著变化,L-亮氨酸产量有明显提高。     

L-缬氨酸的发酵工艺研究

目的:以黄色短杆菌XV0505为生产菌株,探讨发酵培养基和发酵控制条件对L-缬氨酸的产量和糖酸转化率的影响。方法:应用单因素实验确定发酵的工艺条件;利用纸层析-色斑洗脱比色法测定发酵液中L-缬氨酸的含量。结果:在最优发酵条件下,通过10L罐流加发酵72h,产酸量可达53.4g/L,糖酸转化率为26.7%,分别比补料分批发酵提高11.9%和3.5%。结论:环境因子和发酵控制工艺对发酵生产L-缬氨酸具有重要影响。     

L-缬氨酸生物合成中的代谢流量分析

应用流量平衡模型 ,通过物料衡算和MATLAB线性规划方法得到了发酵中后期L 缬氨酸合成过程的代谢流量分步。代谢流分析结果表明 ,在分批培养生成L 缬氨酸的过程中 ,有62 8%的葡萄糖进入糖酵解途径生成L 缬氨酸 ,38 2 %进入HMP途径 ,仅 9 2 %的碳架进入TCA循环。实验条件下的代谢流 (58)与理想代谢流 (92 31 )相比 ,仍应从遗传改造和发酵控制方面降低TCA循环的代谢流 ,减少副产氨基酸的生成来进一步提高缬氨酸的产率。     

Two-stage oxygen supply strategy for enhanced lipase production by Bacillus subtilis based on metabolic flux analysis

Lipase production by Bacillus subtilis CICC20034 was assessed by metabolic flux distribution analysis. Lipase production was tested under various oxygen supply conditions in a synthetic medium to obtain the optimal oxygen supply profile. Based on the metabolic flux analysis, a two-stage oxygen supply strategy (TOS) that maintained high oxygen supply conditions during early fermentation phase, and then step-wisely reduced aeration to keep a stable, smooth, and adequate changing dissolved oxygen (DO) level profile throughout the production phases was carried out. With the proposed control strategy, the final lipase activity in batch fermentation significantly increased and reached a high level at 0.56 U/ml, corresponding to a 51% increase. The relevant metabolic flux analysis verified the effectiveness of the proposed control strategy. By applying TOS in composite medium, the final lipase activity reached 5.0 U/ml.     

Metabolic pathway analysis of Scheffersomyces (Pichia) stipitis: effect of oxygen availability on ethanol synthesis and flux distributions

Elementary mode analysis (EMA) identifies all possible metabolic states of the cell metabolic network. Investigation of these states can provide a detailed insight into the underlying metabolism in the cell. In this study, the flux states of Scheffersomyces (Pichia) stipitis metabolism were examined. It was shown that increasing oxygen levels led to a decrease of ethanol synthesis. This trend was confirmed by experimental evaluation of S. stipitis in glucose-xylose fermentation. The oxygen transfer rate for an optimal ethanol production was 1.8 mmol/l/h, which gave the ethanol yield of 0.40 g/g and the ethanol productivity of 0.25 g/l/h. For a better understanding of the cell's regulatory mechanism in response to oxygenation levels, EMA was used to examine metabolic flux patterns under different oxygen levels. Up- and downregulation of enzymes in the network during the change of culturing condition from oxygen limitation to oxygen sufficiency were identified. The results indicated the flexibility of S. stipitis metabolism to cope with oxygen availability. In addition, relevant genetic targets towards improved ethanol-producing strains under all oxygenation levels were identified. These targeted genes limited the metabolic functionality of the cell to function according to the most efficient ethanol synthesis pathways. The presented approach is promising and can contribute to the development of culture optimization and strain engineers for improved lignocellulosic ethanol production by S. stipitis.     

发酵法生产L-异亮氨酸的溶氧控制策略

研究了溶氧对Brewibacterium lactofermentation分批发酵生产L-异亮氨酸（Ile）的影响,提出了前10h恒700d/min以维持溶氧在35％以上,10h后调至600r／min以维持溶氧在15％～20％的两阶段供氧控制模式。与对照相比,获得了较高的产率（0．094g／g）和糖耗速度（4．76/L·h）,在较短时间内（52h）获得较高的Ile产量（23．3g／L）,比结果最好的单一搅拌转速（600r/min）提高11．6％。生产强度（0．448d/L·h）比恒定搅拌转速（500、600、700、800r/min）控制下的过程分别提高了83．6％、28．7％、44．9％、35．7％。最后采用代谢通量分析对该结果产生的原因进行了定量解释。     

影响灵芝三萜类物质液态发酵合成的关键因素研究进展

灵芝是我国名贵的食药两用型菌类,具有广泛的药用价值,其三萜类物质为灵芝中最主要的药理活性物质之一。灵芝液态发酵因具有生长周期短、环境条件可控、目标产物质量稳定及易实现规模化制备等特点而成为获得灵芝三萜类物质最有前景的方式。灵芝三萜代谢途径、发酵工艺及参数、溶解氧控制等是影响灵芝三萜类物质液态发酵合成的关键因素。本文总结了灵芝三萜生物合成的代谢途径和相关的酶(基因)、液态发酵方式和发酵参数调节的溶解氧控制这3个层面对灵芝三萜类物质生物合成的影响,并对今后的研究方向进行了展望,为液态培养灵芝三萜类物质调控及高产提供参考,也为下一步研究提供借鉴。     

L-异亮氨酸发酵代谢分析

通过在5L自控发酵罐上对L-异亮氨酸的发酵过程进行研究,分析了发酵基本特征,并结合菌体形态及发酵控制参数的变化,指出发酵过程中代谢流流向及代谢平衡和可能存在的代谢流迁移,为进一步发酵条件优化和分阶段控制发酵研究奠定基础。     

A two-stage oxygen supply strategy for enhanced l-arginine production by Corynebacterium crenatum based on metabolic fluxes analysis

In this study, the metabolic flux distribution analysis of a new l-arginine (Arg) overproducing strain, Corynebacterium crenatum, was carried out under various oxygen supply conditions in order to explore the optimized oxygen supply profile. The metabolic flux analysis indicated that a relatively higher l-arginine production could be obtained under high oxygen supply (HOS) condition overall. However, during the late fermentation phases, a much more stable l-arginine production could be rather achieved under medium oxygen supply (MOS) condition. As a result, a two-stage oxygen supply strategy, which maintained HOS condition during early fermentation phase, and then step-wisely reduced agitation to keep a stable, smooth and moderate dissolve oxygen levels (DO) changing profile throughout the production phases, was proposed. With the proposed control strategy, the final l-arginine concentration of the batch fermentation was largely increased and reached to a high level of 36.6 g L^?1, which was 16% and 51% higher than those obtained under the HOS and MOS conditions. The two-stage oxygen supply strategy could also accelerate glucose consumption rate and thus shorten fermentation time under the same batch initial fermentation condition. The relevant metabolic flux analysis verified the effectiveness of the proposed control strategy.     

强化表达SAM合成酶促进SAM在毕赤酵母中累积

S 腺苷甲硫氨酸 (S adenosyl L methionine ,SAM)是生物体硫代谢的重要中间代谢物质 ,在体内起着转甲基、转硫基、转氨丙基的作用 ,具有重要的药用和保健价值。将酿酒酵母来源的SAM合成酶 2基因置于GAP启动子调控下 ,构建胞内组成型表达质粒 ,并电转化至毕赤酵母菌株GS115。经Zeocin抗性和培养筛选到一株高产SAM的重组菌。对重组菌表达工艺的研究表明 ,碳源、氮源、pH和溶解氧对SAM的累积有较大影响。在优化条件下 ,重组细胞培养 3天 ,SAM累积量可达 2 .49g/L。