Nostoxanthin Biosynthesis by Sphingomonas Species (COS14-R2): Isolation, Identification, and Optimization of Culture Conditions
- 作者
- Jegadeesh Raman, Jeong-Seon Kim, Young-Joon Ko, Soo-Jin Kim
- 单位
- Rural Development Administration, Republic of Korea
- 杂志
- Current Microbiology（2024）
- DOI
- 10.1007/s00284-024-03956-7
- 所属领域
- 代谢工程/发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
从自然界分离能高效合成nostoxanthin的菌株，通过优化培养条件和补料分批发酵实现高产量生产，并评估其抗氧化活性，为工业化应用提供基础
研究策略
从波斯菊中分离产黄色素菌株并通过全基因组测序鉴定；单因素优化温度、pH、碳氮比和光照等培养条件；采用补料分批发酵放大生产；运用柱色谱纯化、HPLC、LC-MS/MS、FT-IR等进行产物表征；通过DPPH法测定抗氧化活性
核心内容
本研究从波斯菊中分离到一株产nostoxanthin的鞘氨醇单胞菌COS14-R2，通过全基因组测序确认其基因组大小为3,677,457 bp，GC含量为68.35%，并鉴定出crtB、crtI、crtY三个类胡萝卜素合成相关基因。研究系统优化了培养条件，确定最适参数为35°C、pH 7.5、葡萄糖40 g/L、酵母提取物5 g/L及暗培养。在补料分批发酵模式下，84小时后的nostoxanthin产量达到217.22±9.60 mg/L，选择性为72.32%，生产率达2.59 g/L/h。经柱色谱纯化后获得纯度99%的产物，通过LC-MS/MS和FT-IR确认其分子量为m/z 600.5098，分子式为C40H56O4。DPPH自由基清除实验显示该色素清除率为75.49±0.3%，IC50为30.97 μg/mL，表现出较强的抗氧化活性。结果表明该菌株具备高效合成nostoxanthin的能力，优化后的发酵策略为类胡萝卜素的工业化生产提供了可行路径，该色素在保健品、化妆品和食品添加剂领域具有应用潜力。
创新点
首次从波斯菊中分离得到产nostoxanthin的Sphingomonas sp. COS14-R2并完成全基因组测序；系统优化了碳氮比及培养条件，实现补料分批发酵的高产；纯化得到纯度99%的nostoxanthin并明确其分子结构
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Sphingomonas sp. COS14-R2 | 类胡萝卜素生物合成 | crtB | 八氢番茄红素合成酶 | 催化 | 催化两分子GGPP缩合生成八氢番茄红素 |
| Sphingomonas sp. COS14-R2 | 类胡萝卜素生物合成 | crtI | 八氢番茄红素脱氢酶 | 催化 | 催化八氢番茄红素脱氢生成番茄红素 |
| Sphingomonas sp. COS14-R2 | 类胡萝卜素生物合成 | crtY | 番茄红素β-环化酶 | 催化 | 催化番茄红素环化生成β-胡萝卜素 |
关键发现
- 菌株COS14-R2基因组为3,677,457 bp，GC含量68.35%，含crtB、crtI、crtY三个类胡萝卜素合成基因；最优培养条件为35°C、pH
- 5、葡萄糖40 g/L、酵母提取物5 g/L、暗培养；补料分批发酵84 h后nostoxanthin产量达217.22±9.60 mg/L，选择性72.32%，生产率2.59 g/L/h（原文单位）；纯化后nostoxanthin分子量为m/z
- 5098，分子式C40H56O4；DPPH自由基清除率为75.49±0.3%，IC50为30.97 μg/mL
研究结论
Sphingomonas sp. COS14-R2可通过优化培养和补料分批发酵高效合成nostoxanthin，该色素具有强抗氧化活性，在保健品、化妆品和食品添加剂领域具有商业开发潜力