肺炎克雷伯氏菌產(chǎn)2,3-丁二醇的代謝調(diào)控研究.pdf

1、2,3-丁二醇（2,3-butanediol，2,3-BD）是一種非常重要的平臺化合物和液體燃料，其被廣泛應(yīng)用于化工、燃料、食品以及航空航天等多個領(lǐng)域。肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）以其廣泛的底物利用能力、較高的生產(chǎn)效率而被認(rèn)為是最具有工業(yè)化潛力的2,3-BD生產(chǎn)菌種之一。但是該菌株在進(jìn)行2,3-BD發(fā)酵時會產(chǎn)生多種代謝副產(chǎn)物，如：乙酸、乳酸和乙醇等物質(zhì)，這些副產(chǎn)物在一定程度上降低了2,3-BD的產(chǎn)量，并且

2、也影響了2,3-BD的后提取與純化，增加了下游處理的難度和生產(chǎn)成本。目前關(guān)于K. pneumoniae代謝改造還鮮有報(bào)道，因此研究調(diào)控2,3-BD及主要副產(chǎn)物的代謝途徑極為重要，將為提高2,3-BD的產(chǎn)量提供重要的理論支持。本論文主要包括以下幾個方面的工作：
　?。?）在K.pneumoniae菌株中成功實(shí)現(xiàn)了乙酰乳酸脫羧酶、乙酰乳酸合成酶和乙偶姻還原酶單獨(dú)、兩兩和三者同時過表達(dá)?；蚬こ叹l(fā)酵性能實(shí)驗(yàn)表明，同時過表達(dá)乙酰乳酸合成

3、酶和乙偶姻還原酶的工程菌KG-rs能夠較顯著提高2,3-BD的產(chǎn)量。KG-rs菌株胞內(nèi)較高的酶活和NADH供應(yīng)可能是菌株2,3-BD產(chǎn)量提高的原因。同時對菌株利用5種碳源發(fā)酵產(chǎn)2,3-BD進(jìn)行了比較，除乳糖外，KG-rs在葡萄糖、蔗糖、果糖和半乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基上都表現(xiàn)出來較高的2,3-BD產(chǎn)量和轉(zhuǎn)化效率。
　?。?）分別構(gòu)建了乳酸脫氫酶基因缺失、乙醇脫氫酶基因缺失和磷酸轉(zhuǎn)乙酰基酶基因缺失的基因工程菌株K.pneumoniae

4、△ldhA、△adhE和△pta。發(fā)酵數(shù)據(jù)顯示△adhE和△pta2,3-BD產(chǎn)量分別提高了33.65％和19.58%；△ldhA生長速度加快，但是2,3-BD產(chǎn)量提高幅度不大。從菌株生長性能、酶活性、胞內(nèi)NADH和NAD+濃度和代謝流等參數(shù)解釋了△ldhA、△adhE和△pta發(fā)酵性能差異的原因。
　?。?）△ldhA、△adhE和△pta在以葡萄糖、果糖和半乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基發(fā)酵時，2,3-BD的產(chǎn)量和生產(chǎn)效率都有所提高。