高级醇 · 代谢工程文献库

← 返回列表

Screening of lactic acid bacteria for their potential as microbial cell factories for bioconversion of lignocellulosic feedstocks

作者
Anna Monika Boguta, Françoise Bringel, Jan Martinussen, Peter Ruhdal Jensen
单位
Division of Industrial Food Research, National Food Institute, Systems Biotechnology & Biorefining, Technical University of Denmark; Departement Genetique Moleculaire, Universite de Strasbourg, UMR7156 CNRS; Department of Systems Biology, Intracellular Signaling and Regulation Group, Technical University of Denmark
杂志
Microbial Cell Factories（2014）
DOI
10.1186/s12934-014-0097-0
所属领域
代谢工程
关键词
C5 sugarsFermentation inhibitorsFurfuralHMFLactic acid bacteriaLignocellulosic biomass
阅读原文
查看 PDF 原文

解决的核心问题

缺乏能够高效利用木质纤维素生物质（尤其是C5糖）并耐受预处理过程中产生的抑制剂的微生物底盘菌株。

研究策略

系统筛选296株乳酸菌和片球菌，通过固体和液体培养评估其生长、戊糖利用能力以及对常见抑制剂的耐受性，并利用组合抑制剂模拟不同木质纤维素水解液条件，选出最优菌株。

研究路线图

100%
核心问题：缺乏高效利用C5糖且耐受抑制剂的菌株
策略：系统筛选296株乳酸菌/片球菌
关键改造：固体+液体培养评估C5糖利用与抑制剂耐受
组合抑制剂模拟甘蔗渣/麦秆/软木水解液
结果1：鉴定出5株候选菌（L. pentosus/P. acidilactici/P. pentosaceus）
结果2：候选菌株生长速率下降仅4%/1%/37%，优于E. coli（36%/21%/90%）
结果3：糠醛/HMF/香兰素耐受性显著，256/141/11株可生长
结论：候选菌株可作为第二代生物转化平台菌株
后续：代谢工程改造起点
Text is not SVG - cannot display

下载 .drawio 源文件

核心内容

该研究系统筛选了296株乳酸菌与片球菌，旨在寻找能高效利用木质纤维素中的C5糖并耐受预处理抑制剂的微生物底盘。通过固体和液体培养评估菌株生长、戊糖利用能力及对糠醛、HMF、香兰素等抑制剂的耐受性，并用组合抑制剂模拟甘蔗渣、麦秆和软木水解液条件进行验证。结果鉴定出3株戊糖乳杆菌、1株酸酒片球菌和1株戊糖片球菌兼具木糖、阿拉伯糖利用能力和高抑制剂耐受性；其中最佳戊糖乳杆菌在3.5 g/L糠醛下生长速率下降不超过32%，酸酒片球菌在木糖上生长速率仅比葡萄糖低14%。在模拟甘蔗渣、麦秆和软木条件下，所选菌株生长速率分别仅下降4%、1%和37%，而大肠杆菌MG1655分别下降36%、21%和90%。这些候选菌株的综合表现优于大肠杆菌，具备作为第二代生物转化平台菌株的潜力，可作为进一步代谢工程改造的起点。

创新点

首次对乳酸菌属和片球菌属进行大规模系统性筛选，将C5糖利用能力与抑制剂耐受性相结合，鉴定出可耐受高浓度糠醛、HMF、香兰素等抑制剂且能利用木糖和阿拉伯糖的候选菌株，其综合表现优于大肠杆菌。

研究对象（4）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Lactobacillus pentosus (LMG 17672, LMG 17673, 10-16) 木质纤维素生物转化 — — — 能同时利用木糖和阿拉伯糖，对糠醛、HMF、香兰素等抑制剂耐受，在模拟甘蔗渣、麦秆和软木条件下生长速率下降仅4%、1%和37%（相对于对照）
Pediococcus acidilactici DSM 20284 木质纤维素生物转化 — — — 能利用C5糖，木糖上生长速率比葡萄糖低14%，阿拉伯糖上相似，对组合抑制剂耐受性良好
Pediococcus pentosaceus ATCC 25745 木质纤维素生物转化 — — — 能利用C5糖，木糖上生长速率比葡萄糖低48%，阿拉伯糖上相似，对组合抑制剂耐受性良好
Escherichia coli MG1655 木质纤维素生物转化 — — — 作为对照菌株，在相同抑制剂组合条件下生长速率下降36%、21%和90%，明显差于筛选出的乳酸菌

关键发现

  1. 296株菌中3株L. pentosus、1株P. acidilactici和1株P. pentosaceus既能利用木糖和阿拉伯糖又对关键抑制剂高度耐受
  2. 在模拟甘蔗渣、麦秆和软木的抑制剂组合条件下，所选菌株生长速率分别仅下降4%、1%和37%，而E. coli MG1655分别下降36%、21%和90%
  3. 液体培养中最佳L. pentosus菌株在3.5 g/L糠醛下生长速率下降不超过32%，在20 g/L糠醇下下降24%–46%，在0.43 g/L香兰素下生长相似或更好
  4. P. acidilactici DSM 20284和P. pentosaceus ATCC 25745在木糖上的生长速率比葡萄糖低14%和48%，在阿拉伯糖上生长速率与葡萄糖相当
  5. 256株能在3.5 g/L糠醛上生长，141株能在5.9 g/L HMF上生长
  6. 16株最佳菌株中11株能在1.72 g/L香兰素上生长。

研究结论

部分L. pentosus、P. acidilactici和P. pentosaceus菌株具备成为第二代生物转化平台菌株的潜力，它们能耐受木质纤维素预处理产生的关键抑制剂并利用C5糖，可作为进一步代谢工程改造的起点。