Diminished Respiratory Growth and Enhanced Assimilative Sugar Uptake Result in Higher Specific Fermentation Rates by the Mutant Pichia stipitis FPL-061
- 作者
- HASSAN K. SREENATH, THOMAS W. JEFFRIES
- 单位
- Institute of Microbial Biochemical Technology, Forest Products Laboratory, Madison, WI 53705; Defence Food Research Laboratory, Mysore-570011, India; Dept. Bacteriology, UW-Madison, Madison, WI 53706
- 杂志
- Applied Biochemistry and Biotechnology（1997）
- DOI
- 10.1007/BF02920417
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
毕赤酵母Pichia stipitis在发酵木糖和葡萄糖混合物时，由于呼吸消耗乙醇导致乙醇产量和得率较低，且低通气下糖摄取和发酵速率下降，需要获得发酵性能提高的突变株。
研究策略
通过亚硝基胍诱变，并在呼吸抑制剂水杨酰氧肟酸(SHAM)和抗霉素A存在下以L-木糖为碳源筛选呼吸缺陷型突变株FPL-061，然后比较其与亲本在不同通气速率下的发酵性能。
核心内容
针对毕赤酵母在混合糖发酵中因呼吸消耗乙醇而导致产量偏低的问题，该研究通过亚硝基胍诱变，并在呼吸抑制剂水杨酰氧肟酸和抗霉素A存在的条件下以L-木糖为碳源进行筛选，获得了呼吸部分缺陷的突变株FPL-061。随后比较了突变株与亲本CBS 6054在不同通气速率下的发酵性能。结果显示，在葡萄糖与木糖1:1的混合糖发酵中，FPL-061的乙醇产量达到29.4 g/L，得率为0.42 g/g糖，均高于亲本的25.7 g/L和0.35 g/g。最佳通气速率为9.2 mmol O₂ L⁻¹ h⁻¹；在高通气下突变株细胞得率低于亲本，而在低通气下两菌株均出现木糖醇积累且乙醇生成速率低。突变株的比生长速率和细胞得率下降，但比发酵速率和糖摄取速率显著提高。该结果表明，呼吸能力缺陷使细胞生长减弱，但增强了糖的同化摄取，将更多代谢能量从生长转向乙醇生产，从而在适宜通气条件下获得更高的乙醇产量和得率。
创新点
首次筛选出呼吸部分缺陷的P. stipitis突变株FPL-061，其通过降低细胞生长和增强糖同化摄取，将更多代谢能量转向乙醇生产，在混合糖发酵中显著提高乙醇产量和得率。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pichia stipitis CBS 6054 | 木糖代谢/乙醇发酵 | — | — | 催化 | 亲本菌株，用于对照 |
| Pichia stipitis FPL-061 | 木糖代谢/乙醇发酵 | — | — | 催化 | SHAM和抗霉素A抗性突变株，呼吸部分缺陷，糖摄取增强 |
| Pichia stipitis | 呼吸代谢 | — | — | 能量供给 | 涉及抗霉素A敏感和水杨酰氧肟酸敏感的呼吸途径 |
| Pichia stipitis | 糖转运与同化 | — | — | 转运 | 突变株中糖同化摄取途径去抑制，底物摄取速率提高 |
关键发现
- 在葡萄糖/木糖1:1混合糖发酵中，FPL-061产生29.4 g/L乙醇，得率0.42 g/g糖
- 亲本CBS 6054产生25.7 g/L，得率0.35 g/g。最佳通气速率为9.2 mmol O2 L-1 h-1。在高通气速率（22 mmol O2 L-1 h-1）下突变株细胞得率低于亲本
- 在低通气速率（1.1-2.5 mmol O2 L-1 h-1）下两菌株均出现木糖醇积累且乙醇生成速率低。突变株比生长速率和细胞得率降低，但比发酵速率和糖摄取速率提高。
研究结论
突变株P. stipitis FPL-061由于呼吸能力缺陷导致细胞生长降低，但糖同化摄取增强，将更大比例的代谢能量从生长转向乙醇生产，从而在适宜通气下获得更高的乙醇产量和得率。