Crude glycerol as feedstock for the sustainable production of p-hydroxybenzoate by Pseudomonas putida S12
- 作者
- Suzanne Verhoef, Nisi Gao, Harald J. Ruijssenaars, Johannes H. de Winde
- 单位
- Department of Biotechnology, Delft University of Technology; BE-Basic; Kluyver Centre for Genomics of Industrial Fermentation
- 杂志
- New Biotechnology（2013）
- DOI
- 10.1016/j.nbt.2013.08.006
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
评估粗甘油作为可再生原料用于恶臭假单胞菌S12生产对羟基苯甲酸的可行性，并解决粗甘油中杂质（盐分、脂肪酸等）对发酵过程的负面影响问题。
研究策略
在高细胞密度补料分批发酵中，比较恶臭假单胞菌S12和大肠杆菌DH5α在纯甘油与粗甘油上的生长和产物合成性能；并利用工程菌株恶臭假单胞菌S12palB5从粗甘油生产对羟基苯甲酸，同时分析粗甘油的金属组成及其对培养基的影响。
核心内容
本研究以粗甘油为可再生底物，评估恶臭假单胞菌S12生产对羟基苯甲酸的可行性。在高细胞密度补料分批发酵中，系统比较了S12与大肠杆菌DH5α在纯甘油和粗甘油上的生长及产物合成性能。结果显示，野生型S12在粗甘油上最终生物量达59.9 g/L，高于纯甘油的43.7 g/L，最大底物摄取速率和生长速率也分别提升至0.26与0.17 Cmol/h，而大肠杆菌在粗甘油上生物量产率下降且乙酸积累增加。工程菌株S12palB5以粗甘油为底物时对羟基苯甲酸终浓度达6.0 g/L，较纯甘油（5.3 g/L）提高约10%。粗甘油中钠含量高达39 g/L，但发酵中钠积累至285 mM仍不抑制S12生长，表明该菌对粗甘油杂质具有天然耐受性。研究证实粗甘油是S12生长及芳香化合物生产的优异底物，其高耐受性和无溢流代谢特征使其比大肠杆菌更适合基于粗甘油的生物转化，为可持续化学品生产提供了可行路线。
创新点
发现恶臭假单胞菌S12在粗甘油上比纯甘油表现更好，生物量产量、生长速率、底物摄取率和产物产率均提高；而大肠杆菌在粗甘油下性能下降，体现了S12对粗甘油杂质的天然耐受性优势。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pseudomonas putida S12 | 甘油代谢 | — | — | 能量供给 | 野生型菌株，在粗甘油上生长和产率优于纯甘油，耐受高盐浓度。 |
| Pseudomonas putida S12 | 对羟基苯甲酸生物合成 | — | — | 催化 | 工程菌株S12palB5，从粗甘油生产对羟基苯甲酸，产量和产率提高。 |
| Escherichia coli DH5α | 甘油代谢 | — | — | 能量供给 | 对照菌株，在粗甘油高细胞密度培养中性能下降，乙酸积累增加。 |
关键发现
- 野生型恶臭假单胞菌S12在粗甘油上的最终生物量为59.9 g/L，纯甘油为43.7 g/L
- 生物量对底物产率（基于甘油消耗）分别为58.8 Cmol%和54.8 Cmol%，校正非甘油碳后为54.9 Cmol%和54.8 Cmol%。最大生物量产生速率rX,max为0.17 Cmol/h（粗甘油）对0.10 Cmol/h（纯甘油），最大底物摄取速率rS,max为0.26 Cmol/h对0.19 Cmol/h。大肠杆菌DH5α在粗甘油上的生物量产率为42.0 Cmol%（纯甘油为45.8 Cmol%），乙酸积累达16.2 g/L（纯甘油为11.5 g/L）。工程菌株S12palB5在粗甘油上对羟基苯甲酸终浓度为6.0 g/L（纯甘油为5.3 g/L），产物对底物产率Yps为6.6 Cmol%（纯甘油为5.9 Cmol%），产量提高约10%。粗甘油中钠含量高达39 g/L，但补料分批中钠积累至285 mM时未抑制S12生长。
研究结论
粗甘油是恶臭假单胞菌S12生长和芳香化合物生产的优异底物，尤其在高效细胞密度培养下表现优于纯甘油；S12对化学助剂的高耐受性、高呼吸能力且无溢流代谢物，使其比大肠杆菌更适合基于粗甘油的生物转化过程。