乙醇和青霉素工業(yè)生物過程中微生物的代謝組學(xué)研究.pdf

1、大規(guī)模發(fā)酵過程中細(xì)胞行為和生產(chǎn)特性與其所處的環(huán)境因素關(guān)系密切,細(xì)胞的環(huán)境響應(yīng)行為是涉及轉(zhuǎn)錄、蛋白、代謝及相互作用的一個基于生化反應(yīng)和物質(zhì)傳遞的復(fù)雜、非線性的多層次網(wǎng)絡(luò)體系,傳統(tǒng)研究方法和手段難以全面揭示其規(guī)律性。本文以乙醇和青霉素兩個工業(yè)生物過程為研究體系,從代謝組學(xué)和磷脂組學(xué)的角度系統(tǒng)地比較分析了不同工業(yè)模式、不同規(guī)模工業(yè)過程中微生物細(xì)胞的代謝差異。試圖在分子水平上更好的理解不同模式、不同規(guī)模工業(yè)生物過程中細(xì)胞對復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的響應(yīng)行為

2、,為工業(yè)生物過程優(yōu)化與放大提供科學(xué)依據(jù)。
　　首先選取大規(guī)模乙醇工業(yè)分批過程和連續(xù)過程作為研究體系,分析了釀酒酵母在不同工業(yè)模式中細(xì)胞響應(yīng)行為的差異性。分批過程發(fā)酵前期的細(xì)胞活力和乙醇的產(chǎn)量明顯低于連續(xù)過程。代謝組學(xué)分析表明,滲透壓和氧脅迫是引起酵母細(xì)胞在兩個過程中響應(yīng)行為差異的兩個主要環(huán)境因素。連續(xù)過程發(fā)酵初期甘油的大量積累表明高糖濃度形成滲透壓,在高滲刺激下甘油積累以調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓。分批過程發(fā)酵后期乳酸的積累顯示在這個過程細(xì)胞

3、受到的氧脅迫逐漸增加。環(huán)境脅迫響應(yīng)行為的不同也造成了細(xì)胞在兩個過程中氨基酸代謝和三羧酸循環(huán)代謝的差異。進(jìn)一步分析了兩種工業(yè)過程細(xì)胞磷脂組成和含量變化情況。細(xì)胞磷脂鏈長的變化可能是酵母細(xì)胞對復(fù)雜工業(yè)環(huán)境的一個重要響應(yīng)。PS和PG的LCUFA含量在分批過程中明顯高于連續(xù)過程;對于連續(xù)過程胞內(nèi)LCUFA磷脂含量在發(fā)酵初期明顯高于其他兩個階段,并且隨發(fā)酵進(jìn)行含量呈顯著下降的趨勢。
　　其次以青霉素中試過程和大規(guī)模工業(yè)過程為研究對象,系統(tǒng)比

4、較分析了產(chǎn)黃青霉胞內(nèi)小分子代謝、磷脂組代謝以及次生代謝在工業(yè)生物放大過程中的表達(dá)差異。探索了產(chǎn)黃青霉在放大過程中的適應(yīng)性響應(yīng)過程。工業(yè)放大過程中青霉素的生產(chǎn)與胞內(nèi)氨基酸的代謝密切相關(guān),在發(fā)酵中期氨基酸的顯著積累促進(jìn)了青霉素的合成。不同規(guī)模青霉素發(fā)酵過程中產(chǎn)黃青霉糖酵解和TCA循環(huán)路徑的代謝特征差異顯著,這種差異和青霉素的產(chǎn)量具有一定的相關(guān)性,工業(yè)放大過程中次級代謝的生物合成受到初級代謝的影響顯著。在中試過程發(fā)酵前期產(chǎn)黃青霉的初級代謝更為