有機酸對Clostridium acetobutylicum合成丁醇的影響規律及其機制研究

《有機酸對Clostridium acetobutylicum合成丁醇的影響規律及其機制研究》是依託哈爾濱工業大學，由曹廣麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：有機酸對Clostridium acetobutylicum合成丁醇的影響規律及其機制研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹廣麗

項目摘要

生物丁醇是一種極具潛力的新型生物燃料，得到了全世界廣泛的關注。但是，發酵法生產丁醇一直無法與化學法相競爭，制約其發展的根本原因是丁醇的生產能力較低。研究表明在發酵培養基中添加適量的乙酸、丁酸等有機酸可顯著促進產溶劑梭菌合成丁醇的能力，但其影響規律及其作用機制目前仍缺乏深入研究。本研究擬通過對不同條件下添加有機酸（乙酸、丁酸等）對丙酮丁醇梭菌發酵動力學參數的影響，探討不同有機酸與丁醇合成的相關性及其影響規律；結合發酵過程參數分析，通過採用GC-MS分析技術觀察帶有[1,2,3-13C3]標記的外源添加的有機酸在丁醇合成過程中的去向及研究有機酸影響下丙酮丁醇梭菌胞內代謝體系所產生的應答回響，包括酶活的變化、關鍵酶編碼基因在轉錄水平表達差異和蛋白質組的差異，揭示有機酸對丙酮丁醇梭菌合成丁醇的影響機制，為丁醇合成的代謝工程設計及發酵工藝最佳化提高丁醇產率奠定理論基礎。

結題摘要

丁醇發酵過程中添加適量的乙酸、丁酸等有機酸可促進產溶劑梭菌合成丁醇的能力，但其影響規律及其作用機制目前仍缺乏深入研究。本項目通過考察不同條件下添加有機酸對丙酮丁醇梭菌發酵動力學參數的影響及胞內代謝體系所產生的應答回響，探討有機酸對丙酮丁醇梭菌合成丁醇的影響規律及作用機制。研究表明添加一定濃度的有機酸（乙酸和丁酸）可顯著促進菌體的生長及溶劑的合成，相比之下，添加丁酸的促進作用強於添加乙酸的促進作用。動力學分析研究發現添加有機酸後不同pH條件下產物的合成代謝有所不同，發酵pH越高，越有利於有機酸的合成，反之，則越有利於溶劑的合成。在此基礎上對代謝途徑中關鍵酶活性及基因轉錄水平表達進行了分析，結果表明添加丁酸後輔酶A轉移酶、乙酸激酶和丁酸激酶酶活性顯著高於未添加丁酸對照組，特別是在發酵早期及生長穩定期；與酶活結果相一致，乙酸激酶編碼基因ask、丁酸激酶編碼基因buk和輔酶A轉移酶編碼基因ctfAB在添加丁酸的發酵過程中其轉錄水平都明顯提高，尤其是輔酶A轉移酶編碼基因ctfAB的轉錄水平提高顯著，說明添加有機酸可增強Clostridium acetobutylicum發酵強度，激活催化有機酸（乙酸、丁酸）吸收的輔酶A轉移酶，這可能是導致添加有機酸後丁醇產量提高的重要原因。