Comparison of extraction phases for a two-phase culture of a recombinant E. coli producing retinoids

作者: Hui-Jeong Jang, Bo-Kyung Ha, Jin-Woong Kim, Kyung-Hwa Jung, Jiyoon Ahn, Sang-Hwal Yoon, Seon-Won Kim
单位: Division of Applied Life Science (BK21 Program), PMBBRC, Gyeongsang National University, Jinju, Korea; Department of Applied Chemistry, Hanyang University, Ansan, Gyeonggi-do, Korea; Department of Food Science & Technology, Kyungsung University, Pusan, Korea; Department of Life Sciences, Imperial College London, South Kensington Campus, London, UK
杂志: Biotechnology Letters（2013）
DOI: 10.1007/s10529-013-1385-1
所属领域: 代谢工程
关键词: Escherichia coliIn situ extractionRetinoidsTwo-phase culture
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解决的核心问题

类视黄醇在细胞内不稳定、易降解，需要原位萃取保护产品，同时需要选择适合的萃取相以降低成本并可直接用于化妆品等领域。

研究策略

采用双相培养系统，分别以正构烷烃（C8-C14）、轻/重矿物油及多种化妆品原料作为萃取相，比较各相对重组大肠杆菌生产类视黄醇（视黄醛、视黄醇、视黄醇乙酸酯）的产量、细胞比生产力及细胞生长的影响，并优化萃取相体积和混合方式。

研究路线图

100%

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核心内容

针对重组大肠杆菌生产类视黄醇时产物不稳定、易降解的问题，该研究系统比较了多种萃取相在双相培养中的原位萃取效果。作者以正构烷烃（C8–C14）、轻重矿物油及多种化妆品原料为有机相，考察了它们对产物产量、细胞比生产力和生长的影响，并优化了萃取相体积与混合方式。结果表明，正构烷烃中正癸烷产量最高，72小时达134 mg/L；在矿物油中，重矿物油2 mL斜置混合后产量达174 mg/L，比生产力7.6 mg/L/OD，轻矿物油为158 mg/L。化妆品原料中，肉豆蔻酸异丙酯产量最高，达181 mg/L（比生产力8.05 mg/L/OD），十六烷基乙基己酸酯为142 mg/L。重矿物油和肉豆蔻酸异丙酯的产量约为常规十二烷（136 mg/L）的1.3倍。这些发现表明，多种油类均可有效替代十二烷作为原位萃取相，其中化妆品原料可直接用于萃取，有望简化产物分离流程并降低成本，具备工业应用潜力。

创新点

系统比较了正构烷烃、矿物油和化妆品原料作为原位萃取相的效果；发现重矿物油和肉豆蔻酸异丙酯可替代十二烷并提高产量约1.3倍；证实化妆品原料可直接作为萃取相，有望省去产物分离步骤。

研究对象（13）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Escherichia coli DH5α	类胡萝卜素/类视黄醇生物合成	crtE	—	催化	来自Pantoea agglomerans
Escherichia coli DH5α	类胡萝卜素/类视黄醇生物合成	crtB	—	催化	来自Pantoea agglomerans
Escherichia coli DH5α	类胡萝卜素/类视黄醇生物合成	crtI	—	催化	来自Pantoea agglomerans
Escherichia coli DH5α	类胡萝卜素/类视黄醇生物合成	crtY	—	催化	来自Pantoea ananatis
Escherichia coli DH5α	类胡萝卜素/类视黄醇生物合成	ipiHP1	—	催化	来自Haematococcus pluvialis
Escherichia coli DH5α	类胡萝卜素/类视黄醇生物合成	dxs	—	催化	来自Escherichia coli
Escherichia coli DH5α	类胡萝卜素/类视黄醇生物合成	SR	—	催化	来自未培养海洋细菌66A03
Escherichia coli DH5α	甲羟戊酸通路	mvaE	—	催化	来自Enterococcus faecalis
Escherichia coli DH5α	甲羟戊酸通路	mvaS	—	催化	来自Enterococcus faecalis
Escherichia coli DH5α	甲羟戊酸通路	mvaK1	—	催化	来自Streptococcus pneumoniae
Escherichia coli DH5α	甲羟戊酸通路	mvaK2	—	催化	来自Streptococcus pneumoniae
Escherichia coli DH5α	甲羟戊酸通路	mvaD	—	催化	来自Streptococcus pneumoniae
Escherichia coli DH5α	甲羟戊酸通路	idi	—	催化	来自Escherichia coli

关键发现

在正构烷烃中，正癸烷产量最高（72 h达134 mg/L），细胞比生产力5.9 mg/L/OD
轻矿物油2 mL时96 h产量158 mg/L，比生产力6.7 mg/L/OD
重矿物油2 mL斜置混合后96 h产量174 mg/L，比生产力7.6 mg/L/OD
化妆品原料中肉豆蔻酸异丙酯产量最高（181 mg/L，比生产力8.05 mg/L/OD），十六烷基乙基己酸酯142 mg/L（比生产力7 mg/L/OD），ODO和植物角鲨烷分别为114和122 mg/L。重矿物油和肉豆蔻酸异丙酯产量约为十二烷（136 mg/L）的1.3倍。正构烷烃萃取产物中视黄醛占49-53%、视黄醇33-38%、视黄醇乙酸酯9-18%（辛烷不萃取出视黄醇乙酸酯）。

研究结论

多种类型的油（矿物油、化妆品原料）均可用于重组大肠杆菌生产类视黄醇的原位萃取，其中重矿物油和肉豆蔻酸异丙酯效果优于常规十二烷，可提高产量并降低生产成本，具有工业应用潜力。