基于代谢通量分析的琥珀酸放线杆菌高产选育研究

在对产琥珀酸放线杆菌代谢分析的基础上选育出高产突变株对琥珀酸的工业生物转化有重要意义.在矩阵分析代谢通量基础上,围绕柔性节点下的副产物乙酸及乙醇的降低分别实施软X诱变及定点突变选育,并对比分析了突变株与出发株相关酶活及基因序列变化.针对出发株的流量分析显示产物琥珀酸的代谢通量为1.78(mmol/g/h),主要副产物乙酸与乙醇的代谢通量分别为(0.60mmol/g/h)和(1.04 mmol/g/h),并发现乙醇代谢加剧了琥珀酸合成中的H电子供体的不足;筛选出的氟乙酸抗性突变株S.JST1的乙酸代谢通量降低了96%,为0.024(mmol/g/h),酶活检测表明磷酸乙酰转移酶(Pta)的酶比活力从602降低到74,进一步的序列对比分析发现pta突变基因中产生了一个突变位点:adh定点复合突变株S.JST2的乙醇代谢通量降低了98%,为0.020(mmol/g/h),酶活检测表明Adh的酶比活力从585降低到62.最终突变株S.JST2琥珀酸累积产量达65.7 g/L.围绕产琥珀酸放线杆菌Pta及Adh酶活的降低实施定向选育,在降低副产物流量的同时,有助于改善细胞H供体代谢平衡进而提高琥珀酸的流量.所获突变株具有工业应用潜力.     

一株丁二酸高产菌株的筛选和鉴定

从瘤胃中筛选到一株高产丁二酸生产菌株,为革兰氏阴性菌,短杆状,无芽孢,不运动,兼性厌氧.经形态学、生理生化鉴定和基于16S rRNA序列的系统发育分析,该菌株为巴斯德菌科的产琥珀酸放线杆菌,是产琥珀酸放线杆菌CCUG 43843的变种,二者的序列相似性为99.93%,命名为产琥珀酸放线杆菌A3.5L发酵罐分批发酵实验表明,当发酵培养基中葡萄糖浓度为50g/L时,产琥珀酸放线杆菌A3可以产25.8g/L丁二酸,具有较好的丁二酸生产潜力.     

一株丁二酸高产菌株的筛选鉴定及初步发酵研究

以牛胃内容物为菌源,利用富马酸钠为唯一碳源并加入高浓度丁二酸钠的选择培养基筛选到一株丁二酸产量较高,副产物较少的菌株。经形态学、生理生化鉴定和16S rDNA序列的系统发育分析,该菌株为巴斯德菌科的产琥珀酸放线杆菌,与琥珀酸放线杆菌S.JST序列相似性最高为98.98%,命名为琥珀酸放线杆菌GXAS137,保藏号为M2011399。利用正交试验对发酵条件进行了初步优化,该菌可发酵55 g/L葡萄糖产38.96 g/L丁二酸,具有较好的丁二酸生产潜力。     

乙醇脱氢酶（ADH）产酶菌株的选育

从食醋生产企业的醋醅中采集样品,以乙醇为唯一碳源,用碳酸钙透明圈平板法分离出185株菌株,然后以产酸量和耐乙醇能力为标准,瓶发酵选育出20株ADH产酶菌株;A5-2产酸量为49.85 g/L,耐乙醇能力强,A5-2的菌种形态学和16S rDNA序列分析初步鉴定为巴斯德醋酸杆菌（ Acetobacter pasteurianus）;A5-2乙醇脱氢酶酶学性质研究表明：最适作用温度和pH分别为45℃和pH 4.0,具有一定的耐热性和良好的耐酸碱性;A5-2乙醇脱氢酶粗酶制备条件为硫酸铵饱和度70%~80%,回收率84%。     

离子注入结合紫外线及~(60)Co-γ射线诱变选育碱性果胶酸裂解酶高产菌株的研究

以碱性果胶酸裂解酶产生菌芽孢杆菌WZ008为出发菌株,经形态鉴定和16S鉴定为类芽孢杆菌,命名为Paenibacillus sp.WZ008,通过N~+注入诱变、紫外线诱变、~(60)Co-γ射线诱变等多次反复诱变,选育得到一株产碱性果胶酸裂解酶性能稳定且酶活明显提高的突变株,其酶活为97.8U/mL,比出发菌株产碱性果胶酸裂解酶能力提高了1.04倍。     

积累L-苹果酸的米根霉突变株酶活性初探

对富马酸产生菌株—米根霉ME-F10进行诱变育种的过程中, 得到一株性能稳定的高效积累L-苹果酸的突变株ME-M15。该菌株发酵96 h平均L-苹果酸产量达16.3 g/L, 较出发菌株L-苹果酸积累量平均提高3倍, 而富马酸和乙醇的积累量大幅下降。对突变株代谢途径关键酶活研究表明, 突变株富马酸酶胞质途径同功酶和乙醇脱氢酶活力较之出发菌株酶活力明显减弱, 而丙酮酸羧化酶活力无明显差别。     

常压室温等离子体诱变高效利用木糖产丁二酸菌株

大肠杆菌Escherichia coli AFP111是E. coli NZN111 (△pflAB△ldhA) 的ptsG自发突变株,其转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中净产生1.67 mol ATP,但是转化1 mol的木糖合成丁二酸的过程中实际需要2.67 mol ATP,因此在厌氧条件下,ATP的供给不足导致E. coli AFP111不能代谢木糖。采用常压室温等离子体射流诱变产丁二酸大肠杆菌菌株,在厌氧条件下,利用以木糖为碳源的M9培养基,筛选得到一株可以代谢木糖并积累丁二酸的突变株DC111。该突变菌株在发酵培养基中,72 h内可以消耗10.52 g/L木糖产6.46 g/L的丁二酸,丁二酸的得率达到了0.78 mol/mol。而且突变株中伴有ATP产生的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PCK) 途径得到加强,PCK的比酶活相对于出发菌株提高了19.33倍,使得其在厌氧条件下能够有足够的ATP供给来代谢木糖发酵产丁二酸。     

超高静压在琥珀酸生产菌株选育中的应用

采用超高静压对一株产琥珀酸放线杆菌A3进行诱变育种,进一步提高其生产性能.考察了压力、变压速度、生长期对菌株致死率的影响.在压力为200 MPa,50 MPa/min变压速度的诱变条件下对稳定期菌株进行诱变,筛选到一株突变菌株产琥珀酸放线杆菌B19,琥珀酸产量达到32.2 g/L,比出发菌株A3提高了17.9%,代谢副产物乙酸的产量降低了11.5%,经过6次传代表明突变菌株具有稳定的遗传特性.     

超高静压在琥珀酸生产菌株选育中的应用

采用超高静压对一株产琥珀酸放线杆菌A3进行诱变育种, 进一步提高其生产性能。考察了压力、变压速度、生长期对菌株致死率的影响。在压力为200 MPa, 50 MPa/min变压速度的诱变条件下对稳定期菌株进行诱变, 筛选到一株突变菌株产琥珀酸放线杆菌B19, 琥珀酸产量达到 32.2 g/L, 比出发菌株A3提高了17.9%, 代谢副产物乙酸的产量降低了11.5%, 经过6次传代表明突变菌株具有稳定的遗传特性。     

产纤维素酶菌株的筛选及离子束诱变

从含腐败秸秆的土壤中分离出刚果红水解圈与菌落比值(D/H)较大的7株纤维素酶产生菌,其中菌株S-1分解羧甲基纤维素钠的酶活(CMC酶活)最高,经鉴定为解淀粉芽孢杆菌。以之为出发菌株进行离子束诱变,采用酶标仪高通量酶活测定法筛选出CMC酶活较高的突变菌株进行传代培养,测定其传5代后菌株的CMC酶活,得到15株CMC酶活较高的突变菌株,其中突变菌株308的菌落形态变化较大,其CMC酶活最高,接种24 h后比出发菌S-1提高了84.4%,且突变菌株308的CMC酶活的提高具有遗传稳定性。表明离子束诱变对于提高菌株产纤维素酶能力具有潜在的应用价值。     

Screening,breeding and metabolic modulating of a strain producing succinic acid with corn straw hydrolyte

Purpose In this paper, the high yield mutant strain was expected to be obtained for the industrial bioconversion of corn straw hydrolyte to succinic acid. Methods API biochemical reactions and 16S r RNA sequence analysis were carried out for identification, and then the strain’s metabolic pathway and its relevant enzymes were discussed for the metabolic flux analysis (MFA). The X-ray of synchronous radiation and site-directed mutagenesis were imported for decreasing those byproducts, and the metabolic technics was also modulated. Results Identification showed that the succinic-acid-producing strain S.JST belonged to Actinobacillus succinogenes species. Metabolic pathway analysis indicated that this strain had the character of utilizing glucose and xylose simultaneously, which was a great advantage considering the fact that most crop straw hydrolyte included glucose and xylose. Metabolic flux analysis showed that acetic acid and alcohol competed with the flux of succinic acid, and the analysis of [H] reducing power balance investigated that the [H] electronic donor produced in the cell was not enough for the metabolism of succinic acid. Then X-ray mutagenesis showed that the flux of byproduct acetic acid was decreased to 0.666 from 1.233 mmol/g DW h and that two mutated sites were found in pta (gene of phosphotransacetylase) from mutant strain M.JSTP, but less succinic acid was produced due to the worse lacking in the supply of [H] reducing power. The site-directed mutagenesis showed that the flux of byproduct alcohol was successfully decreased to 0.029 from 1.303 mmol/g DW h. Then, surrounding the flux ratio of HMP to EMP, the metabolic technics was modulated with the addition of citrate in order to improve the balance of [H] reducing power, thus the succinic acid flux of the mutant M.JSTA was increased to 3.163 from 2.480 mmol/g DW h comparing with the parent strain S.JST. Conclusions The mutant strain obtained in this paper deserves to be scaled-up.     

Actinobacillus succinogenes抗氟乙酸突变株的选育及其代谢流量分析

琥珀酸是一种用于合成树脂、可降解塑料及许多化学中间体的重要绿色化工原料。为了提高琥珀酸的发酵产率, 基于Actinobacillus succinogenes的代谢流量分布情况对其育种机制进行了研究。以Actinobacillus succinogenes CGMCC1593为原始菌株进行NTG诱变, 挑选在含有50~100 mmol/L氟乙酸平板生长较快的菌落, 经过初筛和复筛, 发现SF-9菌株产生更多琥珀酸且积累乙酸较少。以50 g/L的葡萄糖为碳源, 在5 L发酵罐上进行分批发酵, 该菌株发酵32 h时琥珀酸产量(34.8 g/L)提高了23.4%, 琥珀酸/乙酸比率为9:1, 副产物乙酸量比原始菌株降低了约50%。代谢流量分析(MFA)结果表明, PEP是影响琥珀酸合成的关键节点, PYR是影响乙酸等杂酸生成比例的关键节点, 并且这两个节点均非刚性节点。通过氟乙酸抗性诱变, 成功地筛选出了流向乙酸、甲酸和乳酸等杂酸的流量相对减少, 而流向琥珀酸的流量明显增强的突变菌株SF-9。     

Actinobacillus succinogenes抗氟乙酸突变株的选育及其代谢流量分析

琥珀酸是一种用于合成树脂、可降解塑料及许多化学中间体的重要绿色化工原料。为了提高琥珀酸的发酵产率, 基于Actinobacillus succinogenes的代谢流量分布情况对其育种机制进行了研究。以Actinobacillus succinogenes CGMCC1593为原始菌株进行NTG诱变, 挑选在含有50~100 mmol/L氟乙酸平板生长较快的菌落, 经过初筛和复筛, 发现SF-9菌株产生更多琥珀酸且积累乙酸较少。以50 g/L的葡萄糖为碳源, 在5 L发酵罐上进行分批发酵, 该菌株发酵32 h时琥珀酸产量(34.8 g/L)提高了23.4%, 琥珀酸/乙酸比率为9:1, 副产物乙酸量比原始菌株降低了约50%。代谢流量分析(MFA)结果表明, PEP是影响琥珀酸合成的关键节点, PYR是影响乙酸等杂酸生成比例的关键节点, 并且这两个节点均非刚性节点。通过氟乙酸抗性诱变, 成功地筛选出了流向乙酸、甲酸和乳酸等杂酸的流量相对减少, 而流向琥珀酸的流量明显增强的突变菌株SF-9。     

产琥珀酸放线杆菌发酵生产琥珀酸的研究进展

近年来,因瘤胃微生物产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes具有高的琥珀酸产量,并能够利用多种碳源进行发酵等优点,在利用发酵法生产琥珀酸领域具有广泛的应用前景和商业化价值,因而其代谢途径和发酵工艺等基础研究成为国内外研发的热点。近年来,人们在产琥珀酸放线杆菌的代谢途径、琥珀酸发酵动力学模型、新型经济培养基以及高产菌株选育等方面的研究取得了很大进展,对研发琥珀酸发酵工艺、降低生产成本和节能减耗等具有重要的理论意义。     

环境因素对琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的影响

琥珀酸放线杆菌是发酵生产有应用前景的生物基原料-丁二酸的微生物。本研究室从牛瘤胃中筛选获得一株琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593, 分析了环境气体、pH、氧化还原电位(ORP)环境因素对琥珀酸放线杆菌A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的影响。结果表明: CO2不仅提供了A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸的最佳气体环境, 也是发酵生产丁二酸的底物之一; MgCO3是A. succinogenes CGMCC 1593发酵过程较好的pH调节剂, 发酵过程维持pH7.1~6.2, 可满足菌体生长与产酸的要求; 发酵液初始ORP过低, 不利于菌体生长, ORP在-270 mV时对丁二酸产生有利。在菌体对数生长期结束时, 通过Na2S·9H2O降低发酵液ORP到-270 mV, 发酵48 h时可产丁二酸37 g/L, 摩尔产率达到129%。这对深入研究A. succinogenes CGMCC 1593发酵生产丁二酸具有参考价值。     

一株琥珀酸产生菌的筛选及鉴定

从牛的瘤胃中筛选获得一株能发酵生产琥珀酸的兼性厌氧菌。对其进行生理生化特性鉴定及16S rRNA基因分析。该菌株短杆状,无鞭毛,革兰氏染色阴性,V-P反应阴性,能发酵多种糖类产酸;其16S rRNA基因与琥珀酸放线杆菌的同源性高达99．8%,认为属于琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes),并将其命名为琥珀酸放线杆菌(Actinobacillus succinogenes)SW0580,保藏号CGMCC 1593。初步发酵试验表明该菌能发酵60g/L葡萄糖产生25．8g/L的丁二酸。     

高产琥珀酸菌株的通量筛选

以琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes F3—21为出发菌株,分别用吖啶黄、紫外线、紫外线．硫酸二乙酯和亚硝基胍进行诱变,产生突变菌库。用“96孔板培养－HPLC浓缩检测－厌氧瓶复筛”的模式筛选高产突变株。从1056株突变株中,筛选到一株高产菌株Ⅵ-10-C。连续传代10次,产酸水平不变。在5L发酵罐中补料分批发酵72h,Ⅵ－10－C产琥珀酸87．6g／L,生产强度1．22g/（L·h）,糖酸转化率0．66g／g;琥珀酸产量比出发菌提高了30％。代谢通量与关键酶活性分析表明：相比于F3-21,Ⅵ-10-C发酵过程中从磷酸烯醇式丙酮酸节点处流向草酰乙酸的代谢流量增加了28．9％,相对应的磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（PEPCK）酶活提高了23．5％。结果表明用“96孔板培养-HPLC浓缩检测-厌氧瓶复筛”的模式能快速有效筛选高产琥珀酸菌株。     

碳源对琥珀酸放线杆菌发酵产丁二酸的影响及其代谢流量分析

在厌氧条件下, Actinobacillus succinogenes能够利用单糖、双糖和糖醇等碳水化合物发酵生成丁二酸, 其中以山梨醇为碳源时丁二酸的产量最高。代谢流量分析结果表明: 与葡萄糖发酵相比较, 由于代谢系统中积累了更多的NADH, 使得代谢网络关键节点PYR和AcCoA处的代谢流量分配有了较大的变化, 导致更多的碳源流向丁二酸和乙醇, 而乙酸和甲酸的分泌相对减少。