Enhancement of Pyruvate Production by Osmotic-Tolerant Mutant of Torulopsis glabrata
- 作者
- Liming Liu, Qinglong Xu, Yin Li, Zhongpin Shi, Yang Zhu, Guocheng Du, Jian Chen
- 单位
- The Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, School of Biotechnology, Southern Yangtze University, Wuxi 214036, China
- 杂志
- Biotechnology and Bioengineering（2007）
- DOI
- 10.1002/bit.21290
- 所属领域
- 发酵工程
- 关键词
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解决的核心问题
高浓度丙酮酸发酵中，中和产物产生的NaOH导致发酵液渗透压升高，抑制细胞生长和丙酮酸积累，成为丙酮酸产量进一步提升的瓶颈。
研究策略
通过NTG诱变结合pH自动控制的连续培养，以70 g/L NaCl为选择压力，筛选渗透压耐受突变株RS23，提高菌株对高渗透压的耐受性，从而增强丙酮酸产量。
研究路线图
核心内容
针对高浓度丙酮酸发酵中NaOH中和造成的渗透压抑制这一瓶颈，该研究采用NTG诱变结合pH自动控制的连续培养，以70 g/L NaCl为选择压力，筛选获得渗透压耐受突变株RS23。在7-L发酵罐中，突变株以150 g/L葡萄糖为碳源发酵82 h，丙酮酸产量达94.3 g/L，较亲株提高41.1%，对葡萄糖得率为0.635 g/g，生产率为1.15 g/(L·h)，较亲株提高72.1%；同时滞后期缩短75%，葡萄糖消耗速率提高55.7%，且不再产生副产物甘油。对照实验显示，50 g/L NaCl可使亲株细胞和丙酮酸产量分别下降79.3%和93.2%，而突变株在70 g/L NaCl下仍可积累30.2 g/L丙酮酸。结果表明，增强菌株渗透压耐受性可有效解除高浓度产物积累时Na⁺造成的抑制，该策略不仅提升了丙酮酸产量，也可推广至其他有机酸发酵过程。
创新点
['首次提出丙酮酸发酵的产物抑制主要源于中和用NaOH造成的渗透压胁迫而非丙酮酸自身毒性', '建立pH控制连续培养筛选耐NaCl突变株的方法', '获得突变株RS23，在150 g/L葡萄糖下丙酮酸产量达94.3 g/L，较亲株提高41.1%']
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Torulopsis glabrata | 糖酵解/丙酮酸合成 | — | — | 催化 | 多维生素营养缺陷型酵母；通过pH控制连续培养筛选耐NaCl突变株RS23，提高渗透压耐受性，增强丙酮酸产量 |
关键发现
- 在7-L发酵罐中，耐NaCl突变株RS23以150 g/L葡萄糖为碳源，82 h时丙酮酸浓度达到94.3 g/L，对葡萄糖得率为0.635 g/g，分别比亲株提高41.1%和11.1%
- 突变株的生产率为1.15 g/(L·h)，较亲株提高72.1%
- 滞后期缩短75%，葡萄糖消耗速率提高55.7%，且突变株不产生甘油（亲株产生2.3 g/L）。此外，50 g/L NaCl使亲株细胞和丙酮酸产量分别下降79.3%和93.2%，而突变株在70 g/L NaCl下生长几乎不受影响，仍可积累30.2 g/L丙酮酸。
研究结论
通过增强Torulopsis glabrata的渗透压耐受性，可以显著解除高浓度产物积累时Na+造成的渗透压抑制，从而有效提高丙酮酸的产量和产率。该策略可推广至其他有机酸发酵过程。