外源添加乙偶姻对酿酒酵母产2,3-丁二醇及其菌株的影响

通过对菌株发酵特性的研究,旨在获得一株性能良好的2,3-丁二醇(2,3-BD)生产菌株.本研究以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)W5/W5-△pdc1/W5-△pdc5/W141四株菌株为试材,利用高效液相色谱法(HPLC)对乙偶姻产量和BDH酶活进行检测,从而挑选出最适合作为产2,3-BD...     

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)WBG3菌株发酵特性研究

通过对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)WBG3进行菌株发酵特性的研究,旨在获得一株性能良好的2,3-丁二醇(2,3-BD)生产菌株。本研究采用摇瓶发酵法,改变发酵过程中的底物浓度、溶氧量和酸碱浓度,紫外分光光度法和高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)检测2,3-BD合成途径中关键中间产物(丙酮酸、α-乙酰乳酸、乙偶姻)含量和发酵产物浓度。结果表明:S. cerevisiae WBG3菌株生长良好,在80 g/L葡萄糖、30℃和200 r/min条件下,丙酮酸、α-乙酰乳酸和乙偶姻含量分别达到0.10±0.03 g/L、3.38±0.06 g/L和0.17±0.02 g/L,乙醇转化率最低为0.44±0.02 g/g。添加乙酸后,甘油产量和乙醇转化率分别较对照组降低了9.5%和10%,2,3-BD的最终产量为0.36±0.02 g/L。因此,S. cerevisiae WBG3具备生产2,3-BD的潜力。     

外源添加乙偶姻对酿酒酵母W5/W141产2,3-丁二醇的影响

本研究旨在获得一株性能良好的2,3-丁二醇(2,3-BD)生产菌株。向酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) W5/W141两株产2,3-BD菌株中添加不同浓度乙偶姻,并测定2,3-BD、乙醇和甘油产量随发酵时间的变化情况。S. cerevisiae W5最适乙偶姻添加浓度为12 g/L,且2,3-BD的产量在72 h达到最大,产量为2.54±0.03 g/L,甘油和乙醇转化率分别较未添加时下降了17.6%和23.6%。S. cerevisiae W141最适乙偶姻添加浓度为10 g/L,且2,3-BD的产量在72 h达到最大,产量为1.71±0.02 g/L,甘油和乙醇转化率分别较未添加时下降了57.1%和16.7%。通过对比,本课题最终选用S. cerevisiae W5作为最适菌株,为微生物发酵法生产2,3-BD提供新的资源。     

从合成生态学角度提高酿酒酵母产2,3-丁二醇的研究进展

2,3-丁二醇(2,3-Butanediol,2,3-BD)在化工、医药以及航天等多领域用途广泛,其被称为重要的平台化合物。为了解决2,3-BD需求量巨大且石油紧缺的问题,在分析酿酒酵母生产2,3-BD优势的基础上,探讨了自上而下和自下而上的两种工程微生物群体构建策略,以期利用酿酒酵母和伴生菌株共培养生产2,3-BD。同时本文也从合成生态学角度出发,归纳了合成生态学在恢复生态、医疗以及生产实践方面的应用,并提出利用合成生态学理论促使酿酒酵母生产2,3-BD的可行性。     

高产2,3-丁二醇的潜在酿酒酵母菌株筛选

为了获得潜在高产2,3-丁二醇的酿酒酵母菌株,探究不同菌株生产2,3-丁二醇的潜力。通过对不同供试菌株进行形态观察、产物耐受性检测、关键酶活测定、乙偶姻产量以及发酵试验,筛选出一株生产2,3-丁二醇最有潜力的菌株酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)W141。结果表明,发现W141菌株生长迅速,能分别耐受13%(w/v)乙醇和0.8%(w/v)乙酸,具有较高的乙醇得率(0.593 g/g)和碳源利用率(发酵24 h葡萄糖消耗率为100%),关键酶α-ALS、BDH的酶活力较高,分别是0.046 U/mg和0.040 U/mg,2,3-丁二醇途径关键中间产物乙偶姻含量较高,可达0.246 g/L。说明该菌株在发酵工业中具有一定的改造空间和应用前景。     

CRISPR/Cas9技术敲除酿酒酵母gpd2基因对产2,3-丁二醇的影响

旨在利用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除酿酒酵母甘油-3-磷酸脱氢酶基因(gpd2),探究其对2,3-丁二醇产量的影响。根据酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)W5甘油-3-磷酸脱氢酶基因(gpd2)设计供体片段及gRNA片段,将gRNA片段与可表达Cas9蛋白的敲除载体相连,之后将重组质粒及供体DNA片段转化到S. cerevisiae W5细胞中,根据表型筛选及PCR验证获得gpd2基因缺失菌株。结果表明目的基因gpd2敲除成功,基因缺失菌株与原始菌株经发酵实验相比,甘油产量下降22.01%,乙醇产量提高24.65%,2,3-丁二醇产量下降10.60%。gpd2基因的敲除并没有提高2,3-丁二醇的产量,原因可能是逐渐积累的NADH会优先被细胞内大量的乙醇脱氢酶所氧化,作用于乙醇的产生,而不是优先作用于2,3-丁二醇的合成。本实验构建了适用于酿酒酵母的基因敲除系统,该系统对进一步探究酿酒酵母其他代谢产物与2,3-丁二醇合成之间的关系具有实际的借鉴意义。     

乙酰乳酸合成酶基因(budB)整合表达载体的构建

为了进一步了解2,3-丁二醇合成路径中关键酶的表达量与产量之间的关系,本研究根据Gen Bank中乙酰乳酸合成酶基因(bud B)的基因序列设计引物,以产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)HD79基因组DNA为模板,通过PCR扩增技术得到目标酶基因,目的片段全长1680 bp。以表达载体p RSFDuet-1为骨架,利用基因工程手段构建整合表达载体p R1SW-bud B。电转化法将其转化至菌株HD79感受态细胞中,通过高浓度Kan筛选和PCR双重鉴定验证后测定ALS酶活力。结果表明,乙酰乳酸合成酶基因整合表达载体构建成功,酶活可达1.0627 U/mg,比原始菌株提高了4.35倍。在一定程度上为实现2,3-丁二醇的工业化生产奠定基础。