Vibrio natriegens弧菌属需钠弧菌是一种兼性厌氧的海洋细菌,最初是从盐沼泥中分离出来的革兰氏阴性菌,Vibrio natriegens弧菌属需钠弧菌是生长速度极快的非病原微生物,在复杂培养基中最短的倍增时间为9.4~9.8分钟,高受质摄取率(high substrate uptake rates)和代谢能力使其成为快速分子生物学(rapid molecular biology)、蛋白质表现(protein expression)和代谢工程(metabolic engineering)极具发展前景的主力。德国慕尼克工业大学(Technical University of Munich)研究团队成功地使用海洋细菌生产琥珀酸,其研究发表在2021年11月的Microbial Biotechnology期刊。
琥珀酸亦称为丁二酸,是三羧酸循环(TCA cycle)的中间代谢产物和厌氧代谢的终端产物,存在动物、植物及微生物体内,是目前可透过生物基质和生物技术(非石化合成)生产的重要有机酸之一,不仅可用于食品、医药、化妆品等产业,还可用于生产特用化学品(如洗涤剂、表面活性剂、螯合剂、缓蚀剂)及作为可生物降解塑料之基础原料,应用十分广泛。研究提出了一种用V. natriegens进行厌氧琥珀酸生产的方法,包括现代基因工程、代谢工程和制程条件的优化,使最佳生产菌株V. natriegens Δlldh Δdldh Δpfl Δald Δdns::pycCg(Succ1)在厌氧条件下,每mol葡萄糖产生1.46 mol的琥珀酸(理论最大产率的85%),并显示出很高的生物质-琥珀酸比产率(biomass-specific succinate production rate)为1.33 gSucc gCDW-1 h-1。
研究团队运用碳平衡和氧化还原平衡解码细胞内的代谢通量分布(flux distribution),显示在此测试条件,还原型TCA及氧化型TCA/乙醛酸途径均有助于琥珀酸的形成,且在不使用复杂添加剂和昂贵补充剂作为基础培养基的情况下,V. natriegens (Succ1)可获得琥珀酸60.4 g L-1,最大产量为20.8 g L-1 h-1,在7 h发酵过程中总生产率为8.6 g L-1 h-1。上述结果显示海洋细菌可成为工业生物技术新一代细胞工厂的明日之星,然而在商业化之前仍有一些挑战需要克服,像是利用可再生原材料和废弃物的碳水化合物作为培养基质,在成本上将更有利于和传统微生物的生产系统竞争。
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