丙酮丁醇梭菌硫氧还蛋白系统在溶剂生产过程中的功能

[目的]探究丙酮丁醇梭菌硫氧还蛋白系统在生长和代谢过程中的功能.[方法]使用ClosTron系统对硫氧还蛋白系统中的硫氧还蛋白还原酶基因(trxB)进行插入失活,得到突变株,通过Southern杂交方法验证插入内含子的拷贝数;在基本培养基中进行分批发酵,比较并分析突变株的生长特点;通过pH控制,利用限磷的连续发酵方法使...     

丁酸胁迫耦联丙酮丁醇梭菌-酿酒酵母混合培养强化丁醇发酵性能

为改善丁醇发酵性能,提出丁酸胁迫与丙酮丁醇梭菌-酿酒酵母混合培养体系协同作用的新型丁醇发酵优化控制策略.7L发酵罐中,在溶剂生产期(24 h)添加4.0 g/L-broth的丁酸浓缩液和0.2 g-DCW/L-broth的酿酒酵母进行发酵,丁醇浓度、丁醇/丙酮比和总溶剂生产效率与对照相比分别提高35％、43％和79％,达到15.74 g/L、2.83和0.52 g/L/h的最高水平.若将精馏后溶剂混合物作为高效柴油添加剂,柴油添加剂中B∶A∶E比例可达74∶17∶9(w/w)的高水平,产品质量获得显著改善.试验及分析阐明该优化控制策略可大幅诱发赖氨酸的分泌及在梭菌中的吸收/利用,提高梭菌对高丁醇浓度环境的耐受能力,促进丁醇合成;可强化梭菌对底物利用的竞争能力、提高电子往复穿梭传递系统中还原力再生速率、产生更多用于丁醇合成的NADH.两者的协同作用大幅提高了丁醇发酵的整体性能.     

添加有机酸对Clostridium acetobutylicum合成丙酮和丁醇的影响

为提高丙酮-丁醇梭菌厌氧发酵生产丙酮和丁醇的能力,在发酵过程中添加有机酸（乙酸和丁酸）,考察其对菌体生长、溶剂合成影响。实验表明：当添加1.5 g/L乙酸时能够促进菌体的生长,促进丙酮的合成,在600 nm处的最大OD值比参照值高出18.4%,丙酮的最终质量分数提高了21.05%,但不能促进丁醇的合成;当添加1.0g/L丁酸时能够促进菌体生长,促进丁醇的合成,在600 nm处的最大OD比参照值高22.29%,丁醇的最终质量分数比对照组提高了24.32%,但不能促进丙酮的合成。     

玉米黄浆水在丙酮-丁醇厌氧梭菌发酵中的应用

为降低丙酮-丁醇厌氧梭菌发酵生产丁醇的成本,研究了不同添加量玉米黄浆水对发酵的影响。与葡萄糖培养基相比,在发酵培养基中添加少量玉米黄浆水对发酵产量无显著影响。当添加体积分数为25％的玉米黄浆水时,丙酮、丁醇和乙醇的最终质量浓度分别是0．31、2．70和8．00g/L,总溶剂量为11．01g／L。通过成本核算,每生产1kg溶剂,添加体积分数25％的玉米黄浆水可比葡萄糖培养基节约成本2．11元。     

细胞分裂蛋白编码基因的敲除对丙酮丁醇梭菌溶剂合成与细胞形态的影响

丙酮丁醇梭菌是生物丁醇合成的重要菌株,近年来,研究者们利用基因编辑等技术对其进行菌株改造。通过对丙酮丁醇梭菌中3个细胞分裂蛋白(RodA、DivIVA、DivIB)编码基因(cac1251、cac2118、cac2125)进行敲除,发现cac2118敲除菌株的细胞在产溶剂期为球状形态,细胞变小,ABE发酵的丁醇得率为0.19 g/g,与野生型相比提高了5.6%。cac1251敲除菌株的葡萄糖消耗量和丁醇产量与野生型相比降低了33.9%和56.3%,分别为47.3 g/L和5.6 g/L。cac1251和cac2125的敲除对细胞生长有显著影响,菌体浓度最大值与野生型相比分别降低了40.4%和38.3%。研究表明细胞分裂蛋白DivIVA对细胞的形态和大小调控起重要作用;细胞分裂蛋白RodA和DivIB调控细胞分裂进程,进而影响细胞生长和溶剂合成进程。     

限制葡萄糖、葡萄糖/乙酸双底物条件下自由控制丙丁梭菌ABE发酵丙酮浓度和丙酮/丁醇比

提出一种可以提高和自由控制丙丁梭菌ABE发酵丙酮浓度与丙酮/丁醇比的方法。（1）通过控制糖化酶用量、反应时间和温度调节玉米培养基初始葡萄糖浓度,使发酵进入到产溶剂期后,残留葡萄糖浓度降至接近于0 g/L的水平;（2）在葡萄糖受限的条件下,诱导丙丁梭菌合成分泌糖化酶,分解寡糖,将葡萄糖维持于低浓度,进而限制梭菌胞内糖酵解途径的碳代谢和NADH生成速度。与此同时,外添乙酸形成葡萄糖/乙酸双底物环境。在能量代谢基本不受破坏、丁醇未达到抑制浓度的条件下,适度抑制丁醇生产,有效地利用外添乙酸强化丙酮合成;（3）在外添乙酸的基础上,添加适量酿酒酵母,形成丙丁梭菌/酿酒酵母混合发酵体系,提高梭菌对高丁醇浓度的耐受能力。整个发酵体系可以将丙酮浓度和丙酮/丁醇比自由控制在5~12 g/L和0.5~1.0的水平,最大丙酮浓度和丙酮/丁醇比达到11.74 g/L和1.02,并可维持丁醇浓度于10~14 g/L的正常水平,充分满足工业ABE发酵对于丙酮和丁醇产品的不同需求。     

丁醇合成途径关键酶基因在大肠杆菌中的克隆和表达

【目的】克隆丙酮丁醇梭状芽胞杆菌(Clostridium acetobutylicum)ATCC824丁醇合成途径关键酶基因,构建产丁醇的工程大肠杆菌。【方法】以C.acetobutylicum ATCC824基因组为模板,分别扩增丁醇合成途径关键酶基因thil,adhE2和BCS operon(crt-bcd-etfB-etfA-hbd)基因序列,构建BCS operon-adhE2-thil/pTrc99a/MG1655(pBAT)。重组菌E.coli pBAT采用0.1 mmol异丙基-β-硫代半乳糖苷(IPTG)诱导5 h,测定乙酰基转移酶(THL)、3-羟基丁酰辅酶A脱氢酶(HBD)、3-羟基丁酰辅酶A脱水酶(CRT)、丁酰辅酶A脱氢酶(BCD)、醛醇脱氢酶(BYDH/BDH)的酶活。并以该基因工程菌作为发酵菌种,采用好氧、厌氧和微好氧三种培养方式,检测丁醇产量。【结果】酶活测定结果显示:THL酶活达到0.160 U/mg protein,酶活力提高了近30倍;HBD酶活力提高了近5倍;CRT酶活达到1.53 U/mg protein,野生菌株无此酶活;BCD酶活力提高了32倍;BYDH/BDH酶活力无显著提高。3种发酵培养结果显示在微好氧和厌氧条件下,均有丁醇产生,且丁醇的最大产量约为84 mg/L。【结论】本实验通过构建产丁醇基因工程大肠杆菌,实现了丁醇关键酶基因在大肠杆菌中的活性表达以及发酵产丁醇,为发酵法生产丁醇开辟了一条新的途径。