Improved production of polygalacturonate lyase by combining a pH and online methanol control strategy in a two-stage induction phase with a shift in the transition phase
- 作者
- Muhammad Salman Qureshi, Dongxu Zhang, Guocheng Du, Jian Chen
- 杂志
- Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology（2009）
- DOI
- 10.1007/s10295-009-0677-x
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
提高多聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL）在毕赤酵母中的产量，通过结合pH控制和甲醇在线控制策略优化发酵过程。
研究策略
将两阶段pH控制策略（生长相pH 5.5，诱导相pH 4.5）与在线甲醇控制策略相结合，在诱导阶段引入转换阶段（transition phase），并将诱导阶段分为低甲醇（12 ml/l）和高甲醇（16 ml/l）两个阶段。
核心内容
该研究针对毕赤酵母表达多聚半乳糖醛酸裂解酶（PGL）产量低的问题，构建了pH与甲醇在线控制的组合发酵策略。具体做法是将传统置于生长阶段后的转换阶段移至诱导阶段中间，同时将诱导期分为低甲醇（12 ml/l）和高甲醇（16 ml/l）两个阶段，并配合生长相pH 5.5、诱导相pH 4.5的两阶段pH控制。结果显示，组合策略下PGL最高活性达1,631 U/ml，较对照的956.5 U/ml提高约70%，产量较常规条件翻倍；细胞干重最高达162 g/l，醇氧化酶（AOX）活性达1,473 U/ml，细胞活力在85 h时保持90%并在转换阶段后恢复至100%，ATP水平最高达1.6 g/l。该策略通过提升细胞活力、AOX活性及能量代谢水平，显著促进PGL高效合成，为工业规模重组蛋白生产提供了可行的发酵优化途径。
创新点
1. 将转换阶段从生长阶段后引入到诱导阶段中间；2. 结合pH和甲醇控制策略；3. 诱导阶段分两阶段不同甲醇浓度；4. 显著提高PGL产量和细胞活力。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pichia pastoris GS115 | 重组表达 | pgl（来自Bacillus sp.） | 多聚半乳糖醛酸裂解酶 | 催化 | 目标产物 |
| Pichia pastoris GS115 | 甲醇代谢途径 | AOX1 | 醇氧化酶 | 催化 | 甲醇氧化关键酶，其活性与PGL产量相关 |
| Pichia pastoris GS115 | 甲醇代谢途径 | AOX1启动子 | — | 调控 | 甲醇诱导型启动子，用于驱动外源基因表达 |
关键发现
- 组合策略下PGL最高活性达1,631 U/ml，较对照（956.5 U/ml）提高约70%，产量较常规条件翻倍；细胞干重最高达162 g/l；AOX活性达1,473 U/ml；细胞活力在85 h为90%，转换阶段后可达100%；ATP最高达1.6 g/l，ADP
- 06 g/l，AMP
- 6 g/l。
研究结论
该组合策略通过提高细胞活力、醇氧化酶活性和能量水平，显著促进PGL生产，为工业规模提高重组蛋白产量提供了有效手段。