Characterization of a spontaneous flocculation mutant derived from Candida glabrata: A useful strain for bioethanol production
- 作者
- Itsuki Watanabe, Toshihide Nakamura, Jun Shima
- 单位
- National Food Research Institute, 2-1-12 Kammondai, Tsukuba, Ibaraki 305-8642, Japan
- 杂志
- Journal of Bioscience and Bioengineering（2009）
- DOI
- 10.1016/j.jbiosc.2008.12.002
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
生物乙醇生产中酵母细胞分离成本高，需要开发具有絮凝能力的菌株以简化细胞分离流程，同时满足耐高温、耐酸等工业发酵要求。
研究策略
从Candida glabrata中筛选自发性絮凝突变株Cgflo1，通过表型表征研究其絮凝的离子依赖性、糖抑制特性、温度与pH影响，并评估其乙醇发酵性能与野生型和Saccharomyces cerevisiae的差异。
核心内容
该研究从光滑假丝酵母中筛选出一株自发絮凝突变株Cgflo1，并系统表征了其絮凝特性与乙醇发酵性能。实验发现，Cgflo1的絮凝依赖Ca²⁺、Co²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺和Fe²⁺（0.5 mM），而Mn²⁺和Cu²⁺无效；100 mM半乳糖可强烈抑制絮凝，但葡萄糖、麦芽糖和甘露糖无此作用，这与酿酒酵母的经典絮凝机制明显不同。该突变株在pH 3.5–5.5范围内絮凝稳定，pH 6.5时受抑制；尤为突出的是其在42°C下仍能保持絮凝能力，而酿酒酵母絮凝菌株在37°C以上即丧失该特性。在生长和发酵性能方面，Cgflo1与野生型在YPD培养基中的生长曲线几乎一致，且在30°C、42°C及pH 2.5条件下乙醇产量无显著差异。在真实木质纤维素水解液中，低浓度半乳糖（稻草水解液中约1 mM）不抑制絮凝。该菌株兼具高温适应性与絮凝能力，且不影响乙醇合成，为生物乙醇生产中简化细胞回收、实现重复分批或连续发酵提供了有应用潜力的菌株资源。
创新点
首次报道C. glabrata絮凝突变株的絮凝特性；发现其絮凝对半乳糖敏感而非甘露糖/葡萄糖，与S. cerevisiae的经典絮凝机制不同；该突变株在42°C下仍能保持絮凝能力，较S. cerevisiae絮凝菌株更具高温适应性。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Candida glabrata Cgflo1 | 乙醇发酵 | — | — | 催化 | 自发絮凝突变株，用于生物乙醇生产，具有高温絮凝能力 |
| Candida glabrata NFRI3165 | 乙醇发酵 | — | — | 催化 | 野生型亲本菌株，作为对照 |
| Saccharomyces cerevisiae NBRC0224 | 乙醇发酵 | — | — | 催化 | 对照菌株，用于比较乙醇生产性能 |
| Candida glabrata Cgflo1 | 细胞粘附/絮凝 | EPA1 | Epa1p | 调控 | 细胞表面粘附素，表达受细胞密度影响，可能与絮凝机制相关 |
关键发现
- Cgflo1的絮凝依赖Ca2+、Co2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+（0.5 mM），而Mn2+和Cu2+无效；100 mM半乳糖强烈抑制絮凝，葡萄糖、麦芽糖、甘露糖不抑制；絮凝在pH
- 5-5.5范围内稳定，pH
- 5时受抑制；在42°C培养后絮凝仍发生，而S. cerevisiae絮凝菌株在≥37°C即丧失絮凝能力；Cgflo1与野生型在YPD培养基中的生长曲线几乎相同，且在30°C、42°C、pH
- 5条件下的乙醇产量无显著差异；木水解液中的18.7 mM半乳糖可轻微抑制絮凝，稻草水解液中的1 mM半乳糖无抑制作用。
研究结论
Cgflo1是一株具有应用潜力的自发絮凝突变株，其絮凝能力在高温（42°C）和弱酸性（pH 3.5-5.5）条件下保持，且不影响乙醇发酵性能，适用于生物乙醇生产中的重复分批或连续发酵工艺。