Comparative study on the production of poly(3-hydroxybutyrate) by thermophilic Chelatococcus daeguensis TAD1: a good candidate for large-scale production
- 作者
- Fuqian Xu, Shaobin Huang, Yong Liu, Yongqing Zhang, Shaowei Chen
- 单位
- 华南理工大学环境与能源学院，大气环境与污染控制广东省重点实验室；华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室；教育部工业聚集区污染控制与生态修复重点实验室；加州大学圣克鲁兹分校化学与生物化学系
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（2014）
- DOI
- 10.1007/s00253-014-5524-y
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
缺乏能够在高温条件下生产聚-3-羟基丁酸酯（PHB）且可利用廉价底物的嗜热菌株，导致PHB生产成本高昂，限制其商业化应用。
研究策略
从用于烟气脱硝的生物滴滤塔生物膜中分离出嗜热菌株Chelatococcus daeguensis TAD1，系统研究其PHB积累特性，优化温度、碳氮比（C/N）和碳源，并与其他PHB积累菌株进行比较。
核心内容
本研究从烟气脱硝生物滴滤塔生物膜中分离获得一株嗜热菌Chelatococcus daeguensis TAD1，首次报道其具备聚-3-羟基丁酸酯（PHB）积累能力。研究者系统考察了温度、碳氮比及碳源类型对该菌株PHB合成的影响。结果显示，该菌在45°C下24小时内PHB含量可达细胞干重的83.6%；在50°C、碳氮比为30（摩尔比）并以葡萄糖为唯一碳源时，PHB产量最高为3.44 g/L，含量约78.3%；改用甘油为碳源时产率最高（Y_P/S为0.26 g/g），含量达80.4%，而以淀粉为碳源时PHB产量为1.13 g/L，约为Bacillus cereus CRF06的2.5倍。该菌株呈现生长偶联型PHB积累特征，无需营养限制即可高效合成，且对高温和高氮负荷耐受性强，能直接利用未预水解的淀粉和甘油等廉价底物。这些特性使其相较于传统中温PHB生产菌株更具经济和操作优势，是大规模低成本生产PHB的优良候选菌株。
创新点
首次报道嗜热C. daeguensis菌株能够积累PHB；该菌呈现生长偶联型PHB积累，无需营养限制即可高产PHB；对高温和氮负荷具有强耐受性；能够直接利用未预水解的淀粉和甘油等廉价底物。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Chelatococcus daeguensis TAD1 | PHB生物合成途径 | — | — | 催化 | 生长偶联型PHB积累，无需营养限制；45°C下24h PHB含量达83.6% CDW；最佳PHB产量为3.44 g/L（50°C，C/N=30，葡萄糖）。 |
关键发现
- C. daeguensis TAD1在45°C下24小时内PHB含量达细胞干重的83.6%（w/w）
- 在50°C、C/N=30（摩尔比）以葡萄糖为唯一碳源时，PHB产量最高，为3.44±0.3 g/L，PHB含量约78.3%
- 在C/N=60时PHB含量最高达81.3%
- 以甘油为碳源时产率最高，Y_P/S为0.26 g/g，PHB含量达80.4% CDW
- 以淀粉为碳源时PHB含量为47.9%，产量1.13 g/L，约为Bacillus cereus CRF06的2.5倍。
研究结论
C. daeguensis TAD1是一种生长偶联型嗜热PHB积累菌，具有耐高温、耐高氮、快速积累PHB并能利用廉价底物（尤其是甘油）的特性，是适合大规模低成本生产PHB的优良候选菌株。