Elevated 3-hydroxypropionaldehyde production from glycerol using a Citrobacter freundii mutant
- 作者
- Thomas P. West, Jessica L. Peterson
- 杂志
- Biotechnology Letters（2013）
- DOI
- 10.1007/s10529-013-1343-y
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何提高 Citrobacter freundii 从甘油生产 3-羟基丙醛的产量
研究策略
利用化学诱变剂 EMS 处理 C. freundii ATCC 8090，采用间苯三酚染色筛选产醛突变株，并优化半卡巴肼盐酸盐浓度、通气条件及甘油浓度
核心内容
该研究以产3-羟基丙醛能力较低的Citrobacter freundii ATCC 8090为出发菌株，通过化学诱变剂EMS处理并结合间苯三酚染色法筛选高产醛类突变株，随后优化半卡巴肼盐酸盐浓度、通气条件及甘油浓度等发酵参数。结果显示，筛选获得的突变株HPAO-1在5%（v/v）甘油和培养体积/摇瓶体积为1:12.5的条件下，3-羟基丙醛产量较亲株提高13倍以上，在1:3条件下提高1.8倍；最佳半卡巴肼盐酸盐浓度为0.6%（w/v）。基于初始甘油浓度，突变株最高产率达92%，而亲株仅52%；突变株最高生产率为1.5 g L⁻¹ h⁻¹。值得注意的是，突变株在较高通气条件下产量提升，而亲株表现相反，表明诱变改变了菌株对氧气的响应特性。该突变株的生产性能与Klebsiella pneumoniae和Enterobacter agglomerans野生型相当，为生物法生产3-羟基丙醛提供了可行菌株。
创新点
首次通过常规化学诱变和间苯三酚染色筛选获得显著高产 3-羟基丙醛的 C. freundii 突变株；发现突变株在较高通气条件下产量提升，而亲株则相反
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Citrobacter freundii ATCC 8090 及突变株 HPAO-1 | 甘油代谢途径（甘油脱水途径） | — | 甘油脱水酶 (glycerol dehydratase) | 催化 | 催化甘油转化为3-羟基丙醛 |
| Citrobacter freundii ATCC 8090 及突变株 HPAO-1 | 甘油代谢途径（1,3-丙二醇途径） | — | 1,3-丙二醇氧化还原酶 (1,3-propanediol oxidoreductase) | 催化 | 催化3-羟基丙醛还原为1,3-丙二醇，半卡巴肼盐酸盐抑制该酶以提高3-羟基丙醛积累 |
关键发现
- 筛选获得突变株 HPAO-1，在 5% (v/v) 甘油和培养体积/摇瓶体积为 1:12.5 时，其 3-羟基丙醛产量比亲株 ATCC 8090 高 13 倍以上（P >
- 01）；在 1:3 比例下高
- 8 倍。最佳半卡巴肼盐酸盐浓度为
- 6% (w/v)。亲株最高产率为 52%，突变株达 92%（基于初始甘油浓度）。突变株在
- 5% 和 10% 甘油下产率分别为 69% 和 35%。突变株最高生产率为
- 5 g l^-1 h^-1。亲株世代时间 83 min，突变株 108 min。
研究结论
成功分离出高产 3-羟基丙醛的 C. freundii 突变株 HPAO-1，该突变株在优化条件下生产 3-羟基丙醛的能力与 Klebsiella pneumoniae 和 Enterobacter agglomerans 野生型相当，可用于生物法生产 3-羟基丙醛。