Characterization of a butanol-acetone-producing Clostridium strain and identification of its solventogenic genes
- 作者
- Teck Khiang Chua, Da-Wei Liang, Chao Qi, Kun-Lin Yang, Jianzhong He
- 单位
- Department of Civil and Environmental Engineering, National University of Singapore; Department of Chemical and Biomolecular Engineering, National University of Singapore
- 杂志
- Bioresource Technology（2012）
- DOI
- 10.1016/j.biortech.2012.08.085
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
筛选和表征一株高产丁醇、几乎不产乙醇的新型野生型梭菌，并鉴定其丁醇脱氢酶基因，以降低丁醇生产成本、简化分离纯化工艺。
研究策略
从新加坡草地上壤中分离丙酮/丁醇产生菌，通过16S rRNA系统发育分析鉴定菌株G117；优化pH和酵母提取物浓度等发酵条件；设计简并引物克隆推定bdh基因，利用qPCR测定其转录水平。
核心内容
从新加坡草地上壤中分离到一株新型野生型梭菌Clostridium sp. strain G117，经16S rRNA系统发育分析鉴定其种属地位。通过优化发酵条件，该菌株在60 g/L葡萄糖和0.4%酵母提取物条件下产丁醇13.50 g/L，产率30.38%（g丁醇/g葡萄糖消耗），较野生型C. acetobutylicum ATCC 824的11.25 g/L提高约20%，且发酵产物几乎不含乙醇，形成独特的丙酮-丁醇发酵谱。在30 g/L葡萄糖、pH 6.0条件下，丁醇产量达8.52 g/L，丁醇/丁酸摩尔比高达13.87。利用简并引物克隆推定丁醇脱氢酶基因bdh，其序列与C. beijerinckii NCIMB 8052的bdh1和bdh2一致性分别为98%和90%，编码蛋白含铁离子依赖性乙醇脱氢酶特征基序。qPCR显示bdh基因在培养10小时后转录水平较零时上调约200倍。该菌株高效产丁醇且几乎不产乙醇的特性简化了分离纯化工艺，具备工业生物丁醇生产潜力，高表达的bdh基因推测为丁醇合成的关键基因。
创新点
获得新型野生型Clostridium sp. strain G117，其丁醇产量较野生型C. acetobutylicum ATCC 824提高约20%；发酵产物中几乎不含乙醇，形成独特的丙酮-丁醇（AB）发酵谱；鉴定到推定bdh基因，其转录水平在培养10小时后上调约200倍。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Clostridium sp. strain G117 | 丙酮-丁醇发酵途径 | bdh | 丁醇脱氢酶（BDH） | 催化 | 催化丁醛还原为丁醇，为丁醇合成最后一步关键酶；含ADH-IRON 1和2保守基序，与C. beijerinckii NCIMB 8052 BDH1/2高度同源。 |
关键发现
- G117在60 g/L葡萄糖、0.4%酵母提取物条件下产丁醇13.50 g/L，产率30.38%（g丁醇/g葡萄糖消耗），较野生型C. acetobutylicum ATCC 824的11.25 g/L高约20%
- 在30 g/L葡萄糖、pH 6.0、0.4%酵母提取物时丁醇产量8.52 g/L，产率28.56，丁醇/丁酸摩尔比达13.87
- 不添加酵母提取物时丁醇产量6.45 g/L，产率23.83%。G117的bdh基因与C. beijerinckii NCIMB 8052的bdh1和bdh2序列一致性分别为98%和90%，编码蛋白含铁离子依赖性乙醇脱氢酶特征基序ADH-IRON 1和2
- qPCR显示bdh基因在10小时转录水平较零时上调约200倍。
研究结论
野生型Clostridium sp. strain G117能高效发酵葡萄糖生产丁醇和丙酮，几乎不产乙醇，具备工业生物丁醇生产的潜力；其bdh基因高表达，推测是参与丁醇生成的关键基因。