琥珀酸发酵高产菌株的选育

以富马酸钠为唯一碳源的选择性平板,从牛的瘤胃中筛选出一株产琥珀酸的菌株Actinobacillus succinogenes CGMCC1593。以该菌株为出发菌株进行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菌株产琥珀酸能力强且积累的乙酸较少。以50 g/L的葡萄糖为碳源,在培养瓶厌氧发酵条件下其琥珀酸产量(35.09 g/L)比出发菌株(28.91 g/L)提高了21.4%,琥珀酸/乙酸比率(w/w)从3.3∶1提高到7.5∶1。用SF-9菌株在5 L发酵罐上进行分批发酵,发酵36 h时琥珀酸积累量达到40.51 g/L,对葡萄糖的转化率为0.81(w/w),琥珀酸/乙酸比率为9∶1,副产物乙酸量比出发菌株降低了约50%。     

耐铵型产琥珀酸放线杆菌的选育及铵离子对其生长代谢的影响

经硫酸二乙酯(DES)诱变,在含61～242mmol/LNH4+梯度平板中,筛选到一株耐铵型突变株YZ25,该菌株在含121mmol/LNH4+发酵培养基中,琥珀酸产量达32.68g/L,转化率为65.4%,比出发菌提高了180.5%。进一步考察了不同形态铵盐对YZ25生长的影响,结果表明添加少量铵盐能够提高突变菌的生长速率,但当超过一定量后菌株生长受到抑制,不同铵盐对菌株的抑制程度不同,硫酸铵、碳酸氢铵、氯化铵和硝酸铵对突变株YZ25的半抑制浓度分别为:215mmol/L、265mmol/L、235mmol/L、210mmol/L。为了考察铵离子对YZ25发酵产琥珀酸的影响过程,在3.0L发酵罐以氨水作为pH的调控剂发酵,结果表明在稳定期前菌株生长基本不受铵离子抑制,生物量能够达到正常水平,但是进入稳定期后铵离子抑制作用越来越明显,导致菌株生长提前结束,耗糖不完全,产酸受阻。最后结合产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes代谢途径分析了铵离子对菌株抑制作用的机理。     

琥珀酸放线杆菌的耐高浓度钠离子菌株选育

以琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593为出发菌,经过紫外线和甲基磺酸乙酯(EMS)诱变处理,选育出一株耐高浓度钠离子菌株SE-6.该菌株在5 L发酵罐中进行分批发酵,单独使用Na2CO3控制发酵过程pH,发酵48 h琥珀酸产量达到35.8g/L,较出发菌(26.0 g/L)提高了37.7%;若采用MgCO3和Na2CO3共同调控发酵过程pH,发酵48 h琥珀酸产量达到45.0 g/L,较出发菌(37.4g/L)提高了20.4%.     

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。     

基因组改组技术选育耐酸性琥珀酸放线杆菌

以琥珀酸产生菌Actinobacillus succinogenes CGMCC 1593为出发菌,分别经过紫外线-甲基磺酸乙酯(UV-EMS)和紫外线-硫酸二乙酯(UV-DES)诱变处理,得到7株耐酸性有所提高的突变株.以此作为候选菌库,经3轮原生质体递进融合,筛选获得4株可以在pH 5.6下生长的改组菌株.其中改组菌株F3-21在pH 5.6的完全液体培养基中生长的OD值是原始菌的7倍,在pH 5.2条件下仍能生长;其摇瓶发酵48h琥珀酸产量较原始菌株提高48%.在5L发酵罐中进行分批发酵,当控制pH在较低值(5.6～6.0)时,F3-21厌氧发酵48h积累琥珀酸38.1g/L,较出发菌株提高了45%;当控制pH在6.5～7.0时,F3-21厌氧发酵32h积累琥珀酸40.7g/L.F3-21在5L发酵罐中进行补料分批发酵,厌氧发酵72h,产琥珀酸达67.4g/L.结果说明基因组改组技术能够改进琥珀酸放线菌的耐酸性能及其琥珀酸的产量.     

大肠杆菌利用木糖发酵产琥珀酸的研究

目的:研究大肠杆菌以木糖为碳源发酵产琥珀酸。方法:首先比较了实验室保藏的7种野生型大肠杆菌利用木糖发酵产琥珀酸的产量和得率,结果:表明野生型菌株琥珀酸对木糖的得率集中在0.34g/g~0.53g/g之间,得率较低,副产物主要为乳酸、乙酸。然后选取其中2株菌(E.coli MG1655与E.coli C-1)进行基因敲除,构建了ldhA和pflB双基因缺失的MLB和CLB菌株,以减少副产物的积累。两阶段摇瓶发酵结果表明,琥珀酸得率从0.40g/g分别提高到了0.89g/g及0.90g/g,而产量分别从4.92g/L、5.58g/L提高到11.52g/L、11.81g/L。结论:通过基因敲除后,大肠杆菌能够利用木糖发酵产琥珀酸,琥珀酸得率可以达到0.90g/g。     

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.     

费氏丙酸菌维生素B_1营养缺陷型菌株的诱变选育

在丙酸发酵过程中,乙酸为主要副产物,维生素B1与乙酸合成途径相关,筛选维生素B1营养缺陷型突变株有助于降低乙酸的合成,提高丙酸的产量。以费氏丙酸菌IFFI.10019作为出发菌株,经过紫外线诱变处理,筛选育种获得维生素B1营养缺陷型费氏丙酸菌二株,其中Pf007菌株的丙酸产量由原来的1.1 g/L提高到2.1 g/L,提高率达到91%。     

调控大肠杆菌胞内ATP和NADH水平促进琥珀酸生产

琥珀酸作为一种重要的C4平台化合物,广泛应用于食品、化学、医药等领域。利用大肠杆菌(Escherichia coli)发酵生产琥珀酸受胞内辅因子不平衡的影响,存在产率低、生产强度低、副产物多等问题。为此,对不同氧气条件下琥珀酸产量和化学计量学分析发现,微厌氧条件下E.coli FMME-N-26高效积累琥珀酸需要借助三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)为还原性三羧酸途径(reductive tricarboxylic acid pathway,r-TCA)提供足够的ATP和NADH。通过减少ATP消耗、强化ATP合成、阻断NADH竞争途径和构建NADH回补路径等代谢工程策略,组合调控胞内ATP与NADH含量,获得工程菌株E.coli FW-17。通过发酵条件优化,菌株E.coli FW-17在5 L发酵罐能积累139.52 g/L琥珀酸,比出发菌株提高了17.81%,乙酸浓度为1.40 g/L,降低了67.59%。进一步在1000 L发酵罐中进行放大实验,琥珀酸产量和乙酸浓度分别为140.2 g/L和1.38 g/L。     

解脂耶氏酵母诱变育种及发酵产α-酮戊二酸条件优化

对具有发酵产α-酮戊二酸能力的解脂耶氏酵母(Yarrowia Lipolytica)ZY-4进行了紫外诱变和NTG诱变育种,筛选得到产量提高的突变株,并对突变株的发酵培养基进行了优化,结果表明,紫外诱变和NTG诱变后筛选到的突变株分别比原始出发菌株产量提高了67.8%和110%。优化后发酵培养基成分为甘油8%,氯化铵5.0 g/L,硫胺素1.0μg/L,磷酸二氢钾1.0 g/L,七水硫酸镁0.5 g/L,培养基优化后α-酮戊二酸产量比原始出发菌株提高了232.4%。     

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。     

进化代谢选育高渗透压耐受型产琥珀酸大肠杆菌

在以碳酸钠为酸中和剂的大肠杆菌两阶段发酵产琥珀酸的过程中,由于Na+的积累造成发酵体系中渗透压的提高,严重抑制了琥珀酸的产物浓度。为了增强大肠杆菌对渗透压的耐受性,考察了利用进化代谢方法筛选高渗透压耐受型高产琥珀酸大肠杆菌菌株的可行性。进化代谢系统作为一种菌株突变装置,可以使菌体在连续培养条件下以最大的生长速率生长。以NaCl为渗透压调节剂,通过在连续培养装置中逐步提高NaCl浓度使菌体在高渗透压条件下快速生长,最终得到了一株高渗透压耐受型琥珀酸生产菌株Escherichia coli XB4。以碳酸钠为酸中和剂,在7 L发酵罐中利用Escherichia coli XB4进行两阶段发酵,厌氧培养60 h后,琥珀酸产量达到了69.5 g/L,琥珀酸生产速率达到了1.81 g/(L.h),分别比出发菌株提高了18.6%和20%。     

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.     

发酵法生产丁二酸的化学合成培养基的筛选

以产琥珀酸放线杆菌Actinobacillus succinogenes NJ113 为出发菌株,针对该菌株筛选出含有关键生长因子的化学合成培养基,其关键因子为谷氨酸（Glu）、蛋氨酸（Met）和生物素（VH）和烟酸（VPP）。结合原发酵培养基中的磷酸缓冲盐成分,最终得到的化学合成培养基配方（g/L）： CH3COONa 1.36,NaCl 1.0,MgCl2 0.2,CaCl2 0.2,Na2HPO4 0.31,NaH2PO4 1.6, KH2PO4 3,NH4HCO3 1.57,Glu 0.87,Met 0.11,VH 0.010,VPP 0.025。在3 L发酵罐上进行验证实验,50 g/L初始葡萄糖发酵70 h,丁二酸的质量浓度为45.2 g/L,丁二酸收率达到90.4%。与之前的半合成培养基发酵制备丁二酸相比,丁二酸的收率提高了25.2%,副产物也有很大幅度的减少。     

Enhancement of succinic acid production by osmotic-tolerant mutant strain of Actinobacillus succinogenes

Fermentation and succinic acid production by Actinobacillus succinogenes YZ0819 was inhibited by high NaCl. To enhance the resistance of this strain to osmotic stress, an NaCl-tolerant mutant strain of A. succinogenes (CH050) was screened and selected through a continuous culture using survival in 0.7 M NaCl as the selection criterion. Using Na₂CO₃ as the pH regulator and glucose as the carbon source in batch fermentation, the isolated osmo-resistant stain, A. succinogenes CH050, produced up to 66 g/l succinic acid with a yield of 73.37% (w/w). The concentration of succinic acid and mass yield were increased by 37.5 and 4.37%, respectively, compared to the parent strain. The dry cell weight reached 10.1 g/l, which is 37% higher than that of the parent strain. The high tolerance of A. succinogenes CH050 to osmotic stress increased improved the succinic acid production from batch fermentation.     

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。     

过表达长链鞘氨醇激酶基因LCB4提高酿酒酵母抑制物耐受性

木质纤维素预处理过程中产生的有毒副产物严重影响了纤维素乙醇发酵,提高酿酒酵母抑制物耐受性是提高纤维素乙醇发酵效率的有效方法。文中通过过表达LCB4基因,研究了重组菌株S288C-LCB4在乙酸、糠醛和香草醛胁迫下的细胞生长和乙醇发酵性能。结果表明,LCB4过表达菌株在分别含有10 g/L乙酸、1.5 g/L糠醛和1 g/L香草醛的平板中生长均优于对照菌株;在分别含有10 g/L乙酸、3 g/L糠醛和2 g/L香草醛的液体乙醇发酵过程中,重组菌株S288C-LCB4乙醇发酵产率分别为0.85 g/(L·h)、0.76 g/(L·h)和1.12 g/(L·h),比对照菌株提高了34.9%、85.4%和330.8%;且糠醛和香草醛胁迫下发酵时间分别缩短了30 h和44 h。根据发酵终点发酵液代谢物分析发现重组菌株比对照菌株产生了更多甘油、海藻糖和琥珀酸,这些物质有利于增强菌株的抑制物耐受性。综上所述,LCB4基因过表达可显著提高酿酒酵母S288C在乙酸、糠醛和香草醛胁迫下的乙醇发酵性能。