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酵母细胞快速进化及截短侧耳素生产工艺的代谢组学研究

杨扬  
【摘要】:在新能源——纤维素燃料乙醇的研究开发过程中,发现由于纤维素原料预处理产生的复合抑制剂会对发酵菌株的生长及发酵能力产生影响。因此选育出能够耐受纤维素水解液中复合抑制剂的菌株成为纤维素燃料乙醇研究的重点。对于另一重要的微生物发酵过程——抗生素工业生产过程,提高菌株的生产发酵性能同样成为抗生素工业生产过程的研究重点。本实验利用进化手段,得到耐受复合抑制剂的单双倍体酵母菌株;同样通过对兽用抗生素——泰妙菌素前体截短侧耳素的工业生产工艺的改进,使生产菌株Pleurotus mutilus快速进化出更高的发酵能力。利用代谢组学手段对两过程中菌株的进化过程进行分析,为后续研究中的菌株及发酵条件优化提供生物学信息。 对单倍体酵母在复合抑制剂中的传代培养过程研究发现,细胞在复合抑制剂中的第一代培养过程中,细胞会通过提高延滞期时的碳源代谢活力以抵御对细胞生长有抑制作用的发酵环境。随着传代培养的进行,细胞的延滞期也随之缩短,碳源代谢水平也随之降低。通过对单双倍体菌株的比较发现,单双倍体菌株在传代培养第一代第一个延滞期的代谢特征存在明显差异。双倍体中的氨基酸在传代培养第一代第一个延滞期取样点,相对含量出现大幅下降;而单倍体则在此时期相对含量上升,在第二个延滞期取样点相对含量下降。同时糖酵解及三羧酸循环中间产物在单倍体中的相对含量高于双倍体。以上结果表明单倍体对复合抑制剂环境更加敏感,需要通过较高的碳源代谢活力产生的能量抵御糠醛、乙酸等抑制剂的影响,并通过积累更多的胞内代谢物以保持渗透压平衡。 对截短侧耳素两个不同生产工艺过程进行代谢组学分析表明,不同种子期培养工艺对P. mutilis的胞内初级代谢产物,特别是氨基酸以及三羧酸循环中间代谢物影响明显;同时发现,不同发酵工艺影响P. mutilis细胞利用豆油等营养成分的能力。相比传统的种子培养工艺,以玉米浆为氮源的种子培养过程使细胞具有更强的碳源、氮源代谢能力,进而在后续的工业发酵过程中P. mutilis可对营养物质更快速的利用,获得更高产量。


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