Control of Acetic Acid Fermentation by Quorum Sensing via N-Acylhomoserine Lactones in Gluconacetobacter intermedius
- 作者
- Aya Iida, Yasuo Ohnishi, Sueharu Horinouchi
- 单位
- Department of Biotechnology, Graduate School of Agriculture and Life Sciences, The University of Tokyo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8657, Japan
- 杂志
- Journal of Bacteriology（2008）
- DOI
- 10.1128/JB.01698-07
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明Gluconacetobacter intermedius中N-酰基高丝氨酸内酯（AHL）介导的群体感应系统及其对氧化发酵（乙酸和葡萄糖酸发酵）的调控机制。
研究策略
从G. intermedius NCI1051中克隆群体感应基因ginI和ginR，通过基因破坏和互补实验分析其对AHL产生、ginI转录及发酵表型的影响；用LC-MS/MS鉴定AHL结构，并使用发酵罐实验测定乙酸和葡萄糖酸产量。
核心内容
该研究以Gluconacetobacter intermedius NCI1051为对象，首次揭示了N-酰基高丝氨酸内酯（AHL）介导的群体感应系统对氧化发酵（乙酸和葡萄糖酸发酵）的调控机制。通过克隆群体感应基因ginI和ginR，采用基因破坏与互补实验、LC-MS/MS鉴定及发酵罐实验，系统分析了该系统对AHL合成、基因转录及发酵表型的影响。研究发现该菌株产生C10-AHL、C12-AHL及单不饱和C12-AHL三种信号分子，GinI/GinR系统通过激活与ginI共转录的靶基因ginA来抑制氧化发酵、细胞生长及泡沫产生。敲除ginI或ginR后，乙酸产量分别从野生型的2.78%提高至3.94%和3.98%，葡萄糖酸产量由1.89%提高至约2.20%，其中ginI破坏使乙酸产量提升1.42倍。该发现证明群体感应直接调控乙酸细菌的氧化发酵，为食醋工业通过破坏群体感应系统或ginA实现菌株改良、提高乙酸产量提供了新靶点。
创新点
首次证明乙酸细菌中群体感应与氧化发酵直接相关；发现GinI/GinR群体感应系统通过靶基因ginA抑制乙酸和葡萄糖酸发酵；通过敲除ginI可将乙酸产量提高1.42倍，具有工业应用价值。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Gluconacetobacter intermedius NCI1051 | AHL合成/群体感应 | ginI | GinI | 催化 | LuxI型AHL合酶，合成C10-AHL、C12-AHL和单不饱和C12-AHL |
| Gluconacetobacter intermedius NCI1051 | 群体感应调控 | ginR | GinR | 调控 | LuxR型转录调控因子，结合lux box激活ginI-ginA转录 |
| Gluconacetobacter intermedius NCI1051 | 氧化发酵（乙酸/葡萄糖酸） | ginA | GinA | 调控 | 89氨基酸小蛋白，被GinR诱导，抑制氧化发酵和乙醇生长，增强抗泡沫活性 |
关键发现
- G. intermedius NCI1051产生三种AHLs：N-癸酰基-L-高丝氨酸内酯（C10-AHL）、N-十二酰基-L-高丝氨酸内酯（C12-AHL）和单不饱和C12-AHL。ginI或ginR的破坏完全消除AHL产生。ginR激活ginI转录，ginA与ginI共转录。ginI、ginR和ginA突变体在含2%乙醇的YPG培养基中生长更快，且乙酸和葡萄糖酸产量显著提高：野生型乙酸产量为2.78%±0.11%（wt/vol），ginI突变体为3.94%±0.07%，ginR突变体为3.98%±0.11%，ginA突变体为3.67%±0.09%
- 葡萄糖酸产量方面，野生型为1.89%±0.08%，ginI突变体为2.20%±0.04%，ginR突变体为2.15%±0.06%，ginA突变体为2.16%±0.05%。ginI破坏使乙酸产量提高1.42倍。突变体还表现出泡沫减少（抗泡沫活性增强）。醇脱氢酶活性无显著差异。
研究结论
G. intermedius中的GinI/GinR群体感应系统通过激活ginA表达来抑制氧化发酵（包括乙酸和葡萄糖酸发酵）以及细胞在乙醇存在下的生长和泡沫产生。破坏该群体感应系统或ginA可显著提高乙酸产量，为食醋工业菌株改良提供了新靶点。