| 题名 | 重组大肠杆菌发酵巨藻生物质合成丁二酸的研究; Efficient Production of Succinic Acid from Macroalgae Biomass by Recombinant Escherichia coli |
| 作者 | 白冰 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2015-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 邢建民 |
| 关键词 | 丁二酸 大肠杆菌 巨藻生物质 PEP羧化激酶 甘露醇 |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 丁二酸作为一种重要的C4平台化合物，能够通过化学或生物转化合成许多高附加值的大宗化学品。微生物发酵法生产丁二酸具有反应条件温和，环境友好等特点，受到国内外研究人员的广泛关注。目前，丁二酸生物合成工业化的关键问题主要包括原料成本过高，菌株生产能力较低等。针对这些难题，本研究从构建高产丁二酸菌株出发，探讨大型藻类（巨藻）生物质作为新型碳源发酵生产丁二酸的可行性。 首先，敲除了野生型Escherichia coli W3110厌氧代谢中副产物途径的关键酶：乳酸脱氢酶（ldhA）和丙酮酸甲酸裂解酶（pflB），构建了菌株E. coli BS002。由于胞内氧化还原不平衡及丙酮酸积累等原因，该菌株在严格厌氧条件下无法利用葡萄糖。由于磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶（PCK）在催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）至草酰乙酸（OAA）的反应过程中伴随ATP的生成，考虑到能量代谢的诸多优势，向E. coli BS002引入Actinobacillus succinogene 130Z PCK，构建了工程菌E. coli BS101 (△ldhA△pflB::Kan/ pTrcHisA-130Zpck)。摇瓶发酵结果表明E. coli BS101消耗8.14 g/L葡萄糖，积累4.77 g/L丁二酸和2.65 g/L丙酮酸，丁二酸得率达到0.88 mol/mol，较野生型E. coli提高约3倍，同时几乎不产生乳酸、甲酸和乙酸。 其次，研究酶的表达水平、HCO3-的供应方式以及浓度对于菌株生长和丁二酸合成的影响，优化PCK催化效率和胞内ATP的供给能力。摇瓶发酵结果表明，当IPTG浓度为0 mmol/L 和NaHCO3浓度为15 g/L时，PCK的催化能力最高，菌株的丁二酸产量和摩尔得率分别达到5.68 g/L和1.15 mol/mol，较之前提高约20%和28%。此外，通过进一步考察胞内ATP的供应强度，证实在最优条件下菌体胞内ATP的水平较未优化时提高近2倍。 此外，考察L. japonica为代表的巨藻生物质作为发酵碳源生产丁二酸。经过简单的预处理和酶解后，L. japonica水解液中主要包含10.31 g/L葡萄糖和10.12 g/L甘露醇。选择以E. coli BS002作为生产菌株，当甘露醇作为单一碳源时，丁二酸摩尔得率高达1.39 mol/mol，较葡萄糖作为碳源时提高近38 %。而且，水解液不需要进行脱毒处理，能够直接被用于菌体生长和丁二酸合成，但是菌株对于葡萄糖和甘露醇的利用过程中存在“diauxic”现象。最终，工程菌利用L. japonica水解液发酵产生17.44 g/L丁二酸、2.73 g/L丙酮酸和1.55 g/L乙酸，丁二酸总摩尔得率达到1.24 mol/mol总糖。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-05-03 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/20296]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 白冰. 重组大肠杆菌发酵巨藻生物质合成丁二酸的研究, Efficient Production of Succinic Acid from Macroalgae Biomass by Recombinant Escherichia coli[D]. 中国科学院研究生院. 2015. |
| 个性服务 |
| 查看访问统计 |
| 相关权益政策 |
| 暂无数据 |
| 收藏/分享 |
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。
修改评论