Effects of carbon sources and feeding strategies on heparosan production by Escherichia coli K5
- 作者
- Yanfeng Liu, Long Liu, Jinghua Chen, Jianghua Li, Guocheng Du, Jian Chen
- 单位
- 江南大学工业生物技术教育部重点实验室; 江南大学生物工程学院; 江南大学医药学院; 江南大学粮食发酵技术国家工程实验室
- 杂志
- Bioprocess and Biosystems Engineering（2012）
- DOI
- 10.1007/s00449-012-0708-2
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
优化碳源和补料策略以提高大肠杆菌K5生产肝素前体heparosan的产量
研究策略
比较葡萄糖和甘油作为碳源对heparosan生产的影响，然后在3-L发酵罐中采用pH-stat、指数、指数+pH-stat、恒速和DO-stat等不同甘油补料策略，以最大化heparosan产量
核心内容
该研究以大肠杆菌K5为宿主，系统优化了碳源种类和甘油补料策略以提高肝素前体heparosan的产量。首先在摇瓶水平比较了葡萄糖和甘油两种碳源，发现甘油培养基中heparosan产量达187 mg/L，比葡萄糖培养基的148 mg/L提高26.4%，且生产率同步提升至5.19 mg/(L·h)。随后在3-L发酵罐中考察了pH-stat、指数、指数+pH-stat、恒速和DO-stat五种甘油补料策略，其中DO-stat策略表现最优，heparosan产量高达8.63 g/L，是分批培养（0.82 g/L）的约10倍，单位细胞产量达132.75 mg/g，生产率达210.49 mg/(L·h)；指数补料虽然获得最大细胞干重（67.58 g/L），但单位细胞产量最低（30.87 mg/g），说明细胞过度生长并不利于产物积累。结果表明DO-stat补料能有效平衡细胞生长与产物合成，是E. coli K5生产heparosan的最优策略，为heparosan及生物工程肝素的规模化制备提供了可行的发酵工艺基础。
创新点
发现甘油优于葡萄糖作为碳源，并确定DO-stat补料策略为最优策略，显著提高heparosan产量
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli K5 | heparosan生物合成 | slyA | SlyA | 调控 | 转录调控因子，促进K5胶囊基因簇转录，影响heparosan合成 |
| Escherichia coli K5 | heparosan生物合成 | K5 capsule gene cluster | — | 催化 | 编码heparosan合成相关酶 |
关键发现
- 甘油培养基中最大heparosan产量187 mg/L，比葡萄糖培养基（148 mg/L）高26.4%；甘油培养基中heparosan生产率5.19 mg/(L·h)，比葡萄糖（4.11 mg/(L·h)）高26.4%。DO-stat补料获得最高heparosan产量8.63 g/L，是分批培养（0.82 g/L）的约9倍；最大DCW
- 01 g/L，heparosan生产率210.49 mg/(L·h)，单位细胞产量132.75 mg/g。指数补料获得最大DCW
- 58 g/L，但单位细胞产量最低（30.87 mg/g）。
研究结论
DO-stat补料策略是E. coli K5生产heparosan的最优甘油补料方式，可获得最高产量和生产率，有望用于规模化生产heparosan及生物工程肝素制备。