Expression of a mutated SPT15 gene in Saccharomyces cerevisiae enhances both cell growth and ethanol production in microaerobic batch, fed-batch, and simultaneous saccharification and fermentations
- 作者
- Yeong-Je Seong, Haeseong Park, Jungwoo Yang, Soo-Jung Kim, Wonja Choi, Kyoung Heon Kim, Yong-Cheol Park
- 单位
- Department of Bio and Fermentation Convergence Technology, and BK21 PLUS Program, Kookmin University; Department of Biotechnology, Graduate School, Korea University; Center for Food and Bioconvergence, Seoul National University; Department of Life Sciences, College of Natural Sciences, Ewha Womans University
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2017）
- DOI
- 10.1007/s00253-017-8139-2
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
野生型酿酒酵母在微好氧和高渗等胁迫条件下的细胞生长和乙醇生产效率不足，需要构建稳健菌株。
研究策略
利用全局转录机器工程（gTME）策略，在酿酒酵母BY4741中过表达含四个点突变（S42N、S78R、S163P、I212N）的SPT15突变基因，并通过分批、补料分批和同步糖化发酵评价其细胞生长和乙醇生产性能。
核心内容
该研究通过全局转录机器工程策略，在酿酒酵母BY4741中过表达携带S42N、S78R、S163P和I212N四个点突变的SPT15基因（SPT15-M3），以增强菌株在微好氧发酵条件下的细胞生长和乙醇生产性能。研究者系统评估了不同氮源、通气量及葡萄糖冲击下的发酵表现，并进一步在补料分批和同步糖化发酵模式中验证其适用性。结果显示，在微好氧分批培养中，重组菌株BSPT15-M3的葡萄糖消耗率和乙醇生产率分别达6.71 g/L/h和2.50 g/L/h，约为对照菌株的1.4倍；在YPD培养基中干细胞质量和生长得率较对照提高约35%。补料分批培养中葡萄糖消耗率和乙醇生产率比对照提高9.5%至14%。在木薯和玉米淀粉的同步糖化发酵中，乙醇生产率分别提高4.5%和3.9%，最终分别产生118.5 g和162.5 g乙醇。这些结果表明，过表达突变的SPT15基因能有效提升酿酒酵母在多种培养模式下的乙醇生产效率，为构建稳健的工业乙醇生产菌株提供了可行策略。
创新点
将SPT15-M3突变体应用于微好氧培养条件，系统评估不同氮源、通气量以及葡萄糖冲击下的发酵性能，发现其在不同培养模式下均显著提高细胞生长和乙醇生产率，并在淀粉基SSF中验证。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Saccharomyces cerevisiae BY4741 | 乙醇发酵（糖酵解及下游） | SPT15-M3 | SPT15p（TATA结合蛋白） | 调控 | 突变位点S42N、S78R、S163P、I212N；由pRS316携带，TDH3启动子驱动 |
| Saccharomyces cerevisiae D452-2 | 乙醇发酵 | SPT15-M3 | SPT15p（TATA结合蛋白） | 调控 | 用于验证菌株特异性 |
关键发现
- 在微好氧分批培养中，BSPT15-M3菌株的葡萄糖消耗率和乙醇生产率分别达到6.71 g/L/h和2.50 g/L/h，约为对照菌株BSPT15wt的1.4倍
- 在2×YNB470培养基中，葡萄糖消耗率和乙醇生产率分别比对照提高66%和49%
- 在YPD培养基中，干细胞质量和生长得率比对照高约35%
- 在微好氧补料分批培养中，葡萄糖消耗率和乙醇生产率比对照高9.5–13.4%和9.5–14%
- 在同步糖化发酵中，木薯淀粉和玉米淀粉的乙醇生产率分别提高4.5%和3.9%，最终木薯SSF产生118.5 g乙醇（1.98 g/h），玉米SSF产生162.5 g乙醇（1.67 g/h）。
研究结论
过表达突变的SPT15基因能增强酿酒酵母的细胞生长和乙醇生产能力，是构建稳健乙醇生产菌株的有效策略。