克雷伯氏桿菌的甘油代謝振蕩機理及發(fā)酵過程在線監(jiān)測.pdf

1、1，3-丙二醇(1，3-PD)作為重要的化工原料，在化妝品、醫(yī)藥等多個領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用，特別因其可作為合成聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)的單體而備受關(guān)注。相對于傳統(tǒng)的化學(xué)合成法生產(chǎn)1，3-丙二醇而言，生物合成法更具發(fā)展前景。采用高濃度底物連續(xù)發(fā)酵是生物轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)中提高底物轉(zhuǎn)化率和生產(chǎn)強度的有效手段，但在較高底物和產(chǎn)物濃度下，發(fā)酵過程易產(chǎn)生振蕩、多態(tài)等動態(tài)行為。
　　本論文以Klebsiella peneumoniae(K.peneu

2、moniae)生物轉(zhuǎn)化甘油生產(chǎn)1，3-丙二醇為研究對象，首先，從代謝物水平研究高濃度甘油誘導(dǎo)K.peneumoniae連續(xù)發(fā)酵振蕩行為。發(fā)酵體系中甘油濃度由20g/L提高到100g/L后，細(xì)胞生長受到抑制，進(jìn)入滯后期。此時毒性中間代謝物3-羥基丙醛(3-HPA)升高至0.63g/L后又降至0.18g/L，其他代謝物1，3-丙二醇、乙酸等也降至最低點，經(jīng)過20h過渡期，各代謝物CO2、1，3-丙二醇、乙酸、3-HPA、甲酸、琥珀酸等進(jìn)入振

3、蕩期，振蕩周期為6.5-7.5h，振蕩期能持續(xù)140h以上，其中3-HPA振蕩周期較短，為3-4h一個周期，振蕩期的濃度變化為0.13-0.78g/L。其中振蕩期與平穩(wěn)期代謝通量分析表明，振蕩時甘油更多地流向1，3-丙二醇和乙酸通路，振蕩時可以獲得更高的底物轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物比生成速率，且平穩(wěn)期時無毒性3-HPA的積累。代謝物水平上高底物甘油誘發(fā)振蕩行為分析結(jié)果表明，3-HPA的積累可能是誘發(fā)振蕩的關(guān)鍵因素。
　　其次，從轉(zhuǎn)錄水平研究高

4、濃度甘油誘發(fā)K.peneumoniae連續(xù)發(fā)酵振蕩行為，分析穩(wěn)定和振蕩條件下K.peneumoniae基因表達(dá)差異。分別選取振蕩周期中1，3-PD濃度最高點(V1)和最低點(V2)以及平穩(wěn)期（V3，100g/L甘油連續(xù)發(fā)酵）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序。使用Bioconductor的軟件包DEseq對振蕩期和平穩(wěn)期的差異表達(dá)基因進(jìn)行比較，主要為下調(diào)基因，V1相對于V3的下調(diào)基因為2561，V2相對于V3的下調(diào)基因為2224。其中V1相對于V3的轉(zhuǎn)錄組