Glycerol Effect on Spiramycin Production and Valine Catabolism in Streptomyces ambo-faciens
- 作者
- Anissa Lounès, Ahmed Lebrihi, Chouki Benslimane, Gérard Lefebvre, Pierre Germain
- 单位
- Laboratoire de Microbiologie Industrielle et Alimentaire, ENSAIA, Institut National Polytechnique de Lorraine, 2 Avenue de la Forêt de Haye, 54500 Vandoeuvre, France
- DOI
- 10.1007/BF00314585
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
甘油作为快速利用碳源对螺旋霉素生物合成及缬氨酸分解代谢的抑制机制尚不清楚
研究策略
比较糊精与甘油作为碳源时的生长、螺旋霉素产量、细胞内ATP水平；通过改变初始甘油浓度、在指数期末添加甘油、比较链霉素添加时机、利用静息细胞系统，以及测定缬氨酸脱氢酶（VDH）和α-酮异戊酸脱氢酶（KIVDH）活性，解析甘油的抑制与阻遏作用
核心内容
该研究以Streptomyces ambofaciens RP 181110为对象，系统解析了甘油对螺旋霉素生物合成及缬氨酸分解代谢的抑制机制。实验比较了甘油与糊精作为碳源时的发酵表现，发现甘油虽使最大比生长速率更高（0.07 h⁻¹对0.03 h⁻¹），但螺旋霉素最大比生产速率仅为0.05 mg·h⁻¹·g⁻¹ CDW，较糊精（0.35 mg·h⁻¹·g⁻¹ CDW）下降约85%，最终产量降低约80%。提高初始甘油浓度至40 g/L可完全抑制螺旋霉素合成，氮限制下补加20 g/L甘油亦使比生产速率降低80%。静息细胞实验中，60 g/L甘油使产量从约10 mg/g DCW降至零。机制层面，甘油使生产起始期胞内ATP含量约为糊精培养的2倍，并对合成酶系施加独立于生长的抑制与阻遏双重作用；甘油脉冲同时使缬氨酸脱氢酶最大活性降低40%、α-酮异戊酸脱氢酶稳定期活性降低50%，缬氨酸比消耗速率减半，异丁酸与缬氨酸消耗摩尔比达1 mol/mol，表明异丁酰辅酶A向螺旋霉素苷元前体的转化受阻。研究首次证明甘油通过能量过剩、酶活阻遏及前体供应受限三条途径协同抑制螺旋霉素生物合成，为工业发酵中碳源选择与工艺优化提供了理论依据。
创新点
证明甘油对螺旋霉素生物合成同时具有抑制和阻遏两种独立于生长的负效应；首次揭示甘油部分阻遏VDH和KIVDH，影响螺旋霉素苷元前体（异丁酰辅酶A等）的供应
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Streptomyces ambofaciens RP 181110 | 缬氨酸分解代谢 | — | 缬氨酸脱氢酶 (VDH) | 催化 | 缬氨酸氧化脱氨第一步酶；甘油脉冲20、40、60 g/L分别使活性降低19%、28%、40% |
| Streptomyces ambofaciens RP 181110 | 缬氨酸分解代谢/螺旋霉素苷元前体合成 | — | α-酮异戊酸脱氢酶 (KIVDH) | 催化 | 参与α-酮异戊酸分解，提供螺旋霉素苷元前体；甘油脉冲使稳定期最大活性降低50% |
| Streptomyces ambofaciens RP 181110 | 螺旋霉素生物合成 | — | 聚酮合酶 | 催化 | 催化螺旋霉素大环内酯环聚合；本文未直接测定，但受甘油抑制/阻遏 |
关键发现
- 甘油作为碳源时最大比生长速率(μmax=0.07 h-1)高于糊精(0.03 h-1)，但螺旋霉素最大比生产速率仅0.05 mg·h-1·g-1 CDW，比糊精(0.35 mg·h-1·g-1 CDW)低约85%，最终产量降低约80%
- 生产起始时甘油培养的胞内ATP含量是糊精培养的2倍（糊精比甘油低60%）
- 初始甘油浓度增至40 g/L时完全抑制螺旋霉素合成
- 在氮限制条件下（56 h补加甘油），20 g/L甘油使比生产速率降低80%
- 静息细胞实验中，添加甘油（60 g/L）完全抑制螺旋霉素产生（产量从10或9.5 mg/g DCW降为0）
- 甘油脉冲（60 g/L）使VDH最大活性降低40%，使稳定期KIVDH活性降低50%，缬氨酸比消耗速率降低50%，异丁酸产量/缬氨酸消耗摩尔比达1 mol/mol，表明异丁酰辅酶A分解受阻
研究结论
甘油通过产生过量能量、提高比生长速率，并对螺旋霉素合成酶系施加抑制和阻遏双重作用，同时部分阻遏缬氨酸脱氢酶和α-酮异戊酸脱氢酶，减少螺旋霉素苷元前体供应，最终抑制螺旋霉素生物合成