Increased Phenotypic Stability and Ethanol Tolerance of Recombinant Escherichia coli K011 When Immobilized in Continuous Fluidized Bed Culture
- 作者
- Bin Zhou, Gregory J.O. Martin, Neville B. Pamment
- 单位
- 澳大利亚维多利亚州帕克维尔墨尔本大学化学与生物分子工程系
- 杂志
- Biotechnology and Bioengineering（2008）
- DOI
- 10.1002/bit.21800
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
重组大肠杆菌K011在木糖连续培养中表型不稳定（乙醇产量下降）且乙醇耐受性低，难以应用于木质纤维素乙醇长期连续生产
研究策略
在垂直管式反应器中以液-固流化床模式运行，将细胞固定化在多孔玻璃微珠上，与相同反应器无载体运行的恒化器对照，进行长期连续发酵并测定乙醇产量、有机酸和细胞存活率
研究路线图
核心内容
该研究针对重组大肠杆菌K011在木糖连续发酵中表型不稳定和乙醇耐受性低的问题，采用液-固流化床反应器将细胞固定化于多孔玻璃微珠上，并与无载体的恒化器对照进行长期连续发酵。结果显示，在50 g/L木糖条件下，未固定化细胞的乙醇产量在启动后8至9天内急剧下降至理论值的60%，而固定化细胞乙醇产量维持在理论值85%以上至少10天，40天后仍高于70%。固定化细胞释放后的存活率比同一发酵液中的游离细胞高2.3至15倍，同时游离细胞发酵中乙酸浓度从低于1 g/L升至3至4 g/L，乳酸最高达2.3 g/L。这表明固定化不仅能显著提升大肠杆菌K011的乙醇耐受性，还能部分改善其操作稳定性，为木质纤维素乙醇的长期连续生产提供了可行策略，且通过优化固定化条件有望进一步提高效果。
创新点
首次报道固定化对细菌（大肠杆菌K011）乙醇耐受性的提升作用；首次评估固定化对染色体整合型重组菌株表型稳定性的影响
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli KO11 | 乙醇发酵途径（丙酮酸→乙醇） | pdc | 丙酮酸脱羧酶 | 催化 | 来自运动发酵单胞菌，染色体整合表达 |
| Escherichia coli KO11 | 乙醇发酵途径（乙醛→乙醇） | adhB | 乙醇脱氢酶II | 催化 | 来自运动发酵单胞菌，染色体整合表达 |
关键发现
- 在50 g/L木糖连续发酵中，未固定化细胞的乙醇产量在启动后8-9天内急剧下降至理论值的60%
- 固定化后，乙醇产量>85%理论值至少维持10天，随后缓慢下降，40天后仍保持在70%以上。固定化细胞释放后的存活率比同一发酵液中的游离细胞高2.3-15倍。游离细胞发酵中乙酸浓度从<1 g/L升至3-4 g/L，乳酸最高达2.3 g/L。
研究结论
固定化是提高重组大肠杆菌K011乙醇耐受性的有效手段，并能部分改善其操作稳定性；通过优化固定化条件（如固定化与游离细胞比例、载体性质）可进一步提高效果。