鸟苷发酵过程代谢流迁移的分析

以典型的代谢控制发酵产品鸟苷为例说明了一种基于过程参数的相关分析来研究发酵过程中代谢流迁移的方法。通过对发酵过程多参数的相关性分析,结合生物合成代谢途径、氨基酸和有机酸积累的分析,确认了发酵过程代谢流向EMP途径的迁移,认为造成这种代谢流迁移的原因可能是过程铵离子积累。在此基础上,通过对过程参数实时检测分析和及时调整EMP和HMP代谢通量使产率提高了35％。      

鸟苷发酵过程的定量和优化:抑制NH4+离子积累提高了苷产量70%

基于质量守恒定律和代谢反应中间代谢物的拟稳态假设,定量研究了枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)代谢流分布随时间变化的特征。研究结果表明,在鸟苷发酵过程40h左右,存在着从己糖单磷酸途径到酵解途径的代谢流迁移,所迁移的碳源主要生成了氨基酸和有机酸。定量研究的结果,为发酵过程的工艺优化提供了重要依据。     

鸟苷发酵过程的多尺度问题研究

以鸟苷发酵为对象,在生物反应器中以多尺度问题的角度,对在线计算机数据进行相关分析,结合中间代谢物及有关酶活性的检测,建立了以代谢流为核心的多尺度调控方法;又通过与代谢流迁移有关的动态化学计量分析,实现了对批式发酵过程的时变系统估算,建立了主体代谢与产物形成的支路代谢间,包括能量与物质流的关系模型;最后,把具有不同生产能力菌株的关键基因与基因库数据进行了序列比较,发现了本文研究的菌株已具备高产能力,即编码sAMP合成酶的基因发生移码突变以及pur操纵子的多处突变,而中心代谢流迁移是过程优化的关键。对开展微生物功能基因组学的研究和工业过程优化的问题进行了探讨,作者提出有必要从生物反应器的系统生物学高度来认识和解决所面临的问题。     

鸟苷发酵过程的定量和优化：抑制NH4+离子积累提高了苷产量70%

基于质量守恒定律和代谢反应中间代谢物的拟稳态假设,定量研究了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）代谢流分布随时间变化的特征。研究结果表明,在鸟苷发酵过程40h左右,存在着从己糖单磷酸途径到酵解途径的代谢流迁移,所迁移的碳源主要生成了氨基酸和有机酸。定量研究的结果,为发酵过程的工艺优化提供了重要依据。     

鸟苷发酵的优化研究

以鸟苷产生菌_{Bacillussubtilis}AJ2 0 66为生产菌株 ,采用 5 0L自控发酵罐与摇瓶培养相结合的联动优化方法对鸟苷发酵进行了研究。谷氨酸钠对鸟苷发酵比较重要 ,培养基中加入 1 %的谷氨酸钠可使 5 0L罐最终产苷达 31 49g/L。次黄嘌呤 (Hx)作为前体可以直接用于鸟苷合成 ,发酵后期加入 0 2 %的Hx,可使 5 0L罐最终产苷达 33 2 4g/L。     

鸟苷发酵条件的优化研究

以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)TA208为供试菌株,运用单因素实验方法进行了摇瓶条件下发酵培养基以及发酵条件的优化研究,在最优发酵条件下鸟苷产量达到19．79g／L,比基本培养条件提高32．37％。     

鸟苷产生菌的代谢途径分析

代谢工程要解决的主要问题就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。利用途径分析方法对枯草芽孢杆菌生产鸟苷的途径进行了分析,建立了3种基础模型,鸟苷理论摩尔产率分别是0．625、0．75和0．667,确定了枯草芽孢杆菌生产鸟苷的最佳途径的通量分布。     

肌苷发酵过程中后期的代谢流节点分析

应用代谢流分析方法,实验测定副产物的积累速率,将数据输入计算机,应用MArllAB软件计算肌苷发酵中后期代谢流分布。通过分析代谢网络中重要的节点,提出了优化肌苷生物合成途径的建议。     

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。     

鸟苷素家族的研究进展

鸟苷素家族是近年来发现的调节肠道与肾脏水和电解质分泌的激素,可与其受体鸟苷酸环化酶C(GC—C)结合,激活GC—C,使细胞内环磷酸鸟苷(cGMP)升高,激活囊性纤维化跨膜电导调节剂(CFTR)氯离子通道,调节水和电解质的分泌。盐的摄入量可以影响鸟苷素和尿鸟苷素mRNA的表达。最近发现,尿鸟苷素基因敲除的小鼠在肠道给予钠盐负荷后排泄钠盐的功能明显降低,血压明显升高。鸟苷素家族可能参与心脏、肾脏等疾病的病理生理过程。     

发酵法生产鸟苷的生产性试验

以鸟苷生产菌Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｉｔｉｌｉｓ２０６６为生产菌株,经摇瓶、２０Ｌ自控发酵罐、５００Ｌ发酵罐和２５０００Ｌ生产罐逐级放大试验,分别达到１５．６ｇ／Ｌ,１７．７ｇ／Ｌ,１３ｇ／Ｌ和１１ｇ／Ｌ的产量。     

L-精氨酸生物合成的代谢流量分析

建立并完善了谷氨酸棒杆菌GWY020及其2个逐步叠加不同遗传标记的突变株HUI821和GUI089合成L-精氨酸的中心代谢网络.分别测定了它们在特定培养时段(50 h～52 h)L-精氨酸等代谢物的胞外浓度,由此计算这一时段这些代谢物在发酵液中积累(或消耗)的速率,分别作出这3株菌在拟稳态下的代谢流量分布图,进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-精氨酸合成流量分布的影响.结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化,节点处的流量分配朝着有利于L-精氨酸合成的方向改变.从代谢流量分析角度上,证明结构类似物抗性和敏感性突变是代谢流导向和设计育种的有效手段,代谢流量分析将成为设计育种的提供新思路.     

L-精氨酸生物合成的代谢流量分析

建立并完善了谷氨酸棒杆菌GWY020及其2个逐步叠加不同遗传标记的突变株HUI821和GUI089合成L-精氨酸的中心代谢网络。分别测定了它们在特定培养时段(50 h~52 h)L-精氨酸等代谢物的胞外浓度, 由此计算这一时段这些代谢物在发酵液中积累(或消耗)的速率, 分别作出这3株菌在拟稳态下的代谢流量分布图, 进而研究育种过程中不同遗传标记的叠加对代谢网络中L-精氨酸合成流量分布的影响。结果表明遗传标记的引入使流量分配发生了重大变化, 节点处的流量分配朝着有利于L-精氨酸合成的方向改变。从代谢流量分析角度上, 证明结构类似物抗性和敏感性突变是代谢流导向和设计育种的有效手段, 代谢流量分析将成为设计育种的提供新思路。     

大肠杆菌产L-苯丙氨酸发酵调控及代谢通量分析

考察了外源添加中间代谢产物、维生素B1和硫酸镁对大肠杆菌发酵产L-苯丙氨酸的影响,结果表明,添加1g/L柠檬酸三钠、1g/Lα-酮戊二酸、150mg/L维生素B1及3g/L硫酸镁均对L-苯丙氨酸的合成有利。根据构建的大肠杆菌合成L-苯丙氨酸的生化反应网络,利用代谢通量分析其原因。结果表明,这些物质的添加均可以调节G6P和PEP节点处的代谢通量分布,为L-苯丙氨酸的合成提供更多的前体物质赤藓糖四磷酸(E4P)、磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)和还原力NADPH。通过补料分批发酵实验得出,优化后菌体对总葡萄糖的消耗提高了24.49%,菌体终浓度提高了23.50%,L-苯丙氨酸的终浓度提高了62.87%,L-苯丙氨酸的收率提高了30.88%,乙酸的合成降低了56.51%。     

基于稳健性设计优化L-赖氨酸发酵过程

目的:选择发酵系统中各可控因素的最佳水平组合,从而减少各种干扰的影响,以获得稳健的赖氨酸产量。方法:利用田口法的内外表与Box性能规则优化赖氨酸发酵条件。结果:通过实验得知,转速、硫酸铵和葡萄糖浓度对发酵影响较大;结果稳定的最优发酵条件为初始葡萄糖浓度为80g/L、硫酸铵浓度为42g/L、转速为225r/min、初始pH值为6.7、接种量为8%。经实验验证,最优化发酵条件是低灵敏度的,最优目标值比较稳健。在10L自动发酵罐上培养65h,L-赖氨酸盐酸盐的产量为165.68g/L,比优化前提高了12.4%。结论:基于稳健性设计所得的最优发酵条件参数,可使目的产物产量稳定,便于生产操作。     

响应面法优化L.lactis WH11-1生成GABA的发酵条件

通过响应面分析的方法对L．1actis Willl-l发酵生产y-氨基丁酸的培养条件进行了优化。运用中心组合设计和响应面分析考察了接种量、初始pH值和培养温度对y-氨基丁酸产量的影响,得出最佳培养条件：接种量4．5％,初始pH值为6．0,培养温度为32℃。在此条件下培养96h,GABA生成量达8．63g／L,实验值与预测值基本相符。     

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。     

杂交瘤细胞的代谢流量分析

应用代谢流量平衡模型定量分析了杂交瘤细胞的代谢流量分布。结果表明,在连续培养的杂交瘤细胞中,当葡萄糖和谷氨酰胺的流加浓度分别为13.8和2.6 mmol·L^-1时,86.2%的葡萄糖通过糖酵解生成乳酸,7.5%的生成脂类,进入TCA循环的仅占0.83%;谷氨酰胺中的氮有3%用于核酸的合成,54.5%生成氨,另有38.2%生成非必需氨基酸,碳骨架61.6%生成非必需氨基酸,34.1%进入TCA循环。