ייצור כימיקלים לפי<em> קלבסילה דלקת ריאות</em> באמצעות הידרוליזה במבוק כמו זינה
Summary
אבקת במבוק היה prereated עם NaOH ו hydrolyzed אנזימטית. הידרוליזה של במבוק שימש כחומר גלם עבור 2,3-butanediol, R -acetoin, 2-ketogluconic חומצה, וייצור חומצה קילונית ידי דלקת ריאות Klebsiella .
Abstract
במבוק הוא ביומסה חשובה, ו hydrolyzate במבוק משמש דלקת ריאות Klebsiella כחומר גלם לייצור כימי. כאן, אבקת במבוק היה pretreated עם NaOH ושטף ל pH ניטרלי. Cellulase נוספה אבקת במבוק precreated כדי לייצר את הידרוליזה, אשר הכיל 30 גרם / L גלוקוז ו 15 גרם / קסילוז L שימש כמקור פחמן להכין מדיום לייצור כימי. כאשר מתורבת בתנאים microaerobic, 12.7 גרם / L 2,3-butanediol הופק על ידי wildtype K. דלקת ריאות . בתנאים אירוביים, 13.0 גרם / L R -acetoin הופק על ידי מוטציה budC של K. דלקת ריאות . תערובת של 25.5 גר '/ L 2-ketogluconic חומצה ו 13.6 גרם / L חומצה xylonic הופק על ידי מוטציה budA של K. Pneumoniae ב שני שלבים, תדר מבוקרת pH עם תוספת אוויר גבוהה. בשלב הראשון של התסיסה, התרבות נשמרה ב pH ניטרלי; לאחר גידול התאים, הפרמנטציהN המשיך לשלב השני, שבמהלכו הורשתה התרבות להיות חומצית.
Introduction
דלקת ריאות של Klebsiella הוא חיידק שגדל היטב גם בתנאים אירוביים וגם אנאירוביים. K. Pneumoniae הוא מיקרואורגניזם תעשייתי חשוב המשמש לייצור כימיקלים רבים. 1,3-propanediol הוא כימי בעל ערך המשמש בעיקר מונומר לסנתז terephthalate polytrimethylene. Polytrimethylene terephthalate הוא פוליאסטר מתכלה המציג תכונות טובות יותר מאלו של 1,2-propanediol, butanediol, או אתילן גליקול 1 . 1,3-propanediol מופק על ידי K. דלקת ריאות באמצעות גליצרול כמו מצע בתנאים מוגבל חמצן 2 . 2,3-butanediol ונגזרותיו יש יישומים בתחום של פלסטיק, ייצור ממס, גומי סינתטי יש פוטנציאל לשמש דלק ביולוגי 3 . עם גלוקוז כמו המצע, 2,3-butanediol הוא המטבוליט העיקרי של זן wildtype 4 . 2,3-butanediol הוא synthesizאד מ pyruvate. ראשית, שתי מולקולות של pyruvate עיבוי להניב α-acetolactate; תגובה זו מזרזת על ידי סינתזה α-acetolactate. Α-acetolactate הוא המרה אז acetoin ידי decarboxylase α-acetolactate. R -acetoin ניתן לצמצם עוד יותר ל -2,3 butanediol כאשר מזרז על ידי dehydrogenase butanediol. שיטה יעילה להחלפת גנים המתאימה ל- K. Pneumoniae נבדקה, ומוטציות רבות נבנו 5 , 6 , 7 . מוטציה budC , אשר איבדה פעילות 2,hy-butanediol dehydrogenase שלה, מצטבר רמות גבוהות של אצטון במרק תרבות. Acetoin משמש כתוסף כדי לשפר את הטעם של מזון 8 . כאשר budA , אשר מקודד decarboxylase α-acetolactate, הוא מוטציה, 2-ketogluconic חומצה מצטבר במרק. 2-ketogluconic חומצה משמש לסינתזה של חומצה אריתורבית (isoascorbic חומצה), נוגדי חמצון המשמשים בתעשיית המזון 9 . 2-ketogluconic חומצה הוא ביניים של גלוקוז מסלול חמצון; במסלול זה, הממוקם בחלל periplasmic, גלוקוז הוא מתחמצן חומצה gluconic ולאחר מכן לחמצון נוסף לחומצה 2 ketogluconic. חומצה Gluconic וחומצה 2 ketogluconic המיוצר periplasm יכול להיות מועבר הציטופלסמה לחילוף חומרים נוסף. הצטברות של חומצה 2-ketogluconic תלויה בתנאים חומציים, ותוסף אוויר גבוה יותר לטובת 2-ketogluicic ייצור חומצה 10 . Gluconate dehydrogenase, מקודד על ידי gad , מזרז את ההמרה של חומצה גלוקונית לחומצה 2-ketolconconic. מוטציה של ג 'ק של דלקת ריאות גרם רמות גבוהות של חומצה גלוקונית במקום 2-ketogluconic חומצה, תהליך זה תלוי גם בתנאים חומצי. חומצה Gluconic הוא חומצה אורגנית בתפזורת והוא משמש כתוסף להגביר את המאפיינים של מלט 11. גלוקוז חמצון לחומצה gluconic הוא מזרז על ידי גלוקוז dehydrogenase. Xylose הוא גם מצע מתאים של גלוקוז dehydrogenase. כאשר xylose משמש כמצע, K. pneumoniae מייצרת חומצה xylic 12 .
ייצור כימי באמצעות ביומסה כחומר גלם הוא נושא חם בביוטכנולוגיה 13 . המרכיבים העיקריים של ביומסה הם תאית, hemicellulose, ו lignin. עם זאת, אלה תרכובות macromolecular לא ניתן לקטבול ישירות על ידי רוב מיקרואורגניזמים (כולל K. דלקת ריאות ). תאית hemicelluloses ב ביומסה חייב להיות hydrolyzed גלוקוז ו xylose ולאחר מכן ניתן להשתמש על ידי מיקרואורגניזמים. נוכחות של ליגנין ב lignocelluloses יוצר מחסום מגן המונע הידרוליזה ביומסה על ידי אנזימים. לפיכך, תהליך טיפול לפני מסיר ליגנין hemicelluloses ומקטין את crystallinity של תאית מבוצעת תמיד במהלך ניצול ביומסה על ידי micרוורגניזמים. שיטות טיפול רבות כבר פותחו: חומצה, אלקליין, אמוניה, ועל קיטור precaterments נפוצים.
במבוק הוא שופע באזורים טרופיים וסובטרופיים הוא משאב ביומסה חשוב. הנה, הכנת הידרוליזה במבוק וייצור כימי באמצעות הידרוליזה במבוק מוצגים
Protocol
Representative Results
Discussion
K. Pneumoniae שייך לגזע Klebsiella במשפחה Enterobacteriaceae . K. דלקת ריאות מופץ באופן נרחב בסביבות טבעיות כגון קרקע, צמחייה ומים 14 . זן wildtype K. Pneumoniae בשימוש במחקר זה היה מבודד מהקרקע משמש לייצור 1,3-propanediol 15 . K. דלקת ריאות ומוטציות של מי…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע הטבע של סין (מענק מס '21576279, 20906076) ואת תוכנית המחקר KRIBB יוזמה (KGM2211531).
Materials
| autoclave | SANYO | 3780 | |
| bioreactor | Sartorius stedim biotech | Bostat Aplus | |
| agitator | IKA | RW 20 | |
| water bath shaker | Zhicheng | ZWY-110X50 | |
| high performance liquid chromatograph system | Shimadzu Corp | 20AVP | |
| centrifuge | Hitachi | CR22G III | |
| Bamboo powder | purchased from Zhejiang Province, China | mesh number, 50 | |
| cellulase | Youtell Biochemical, Shandong, China | 200 PFU/ml |
Referencias
- Zeng, A. P., Biebl, H. Bulk chemicals from biotechnology: the case of 1, 3-propanediol production and the new trends. Adv Biochem Eng Biotechnol. 74, 239-259 (2002).
- Wei, D., Wang, M., Jiang, B., Shi, J., Hao, J. Role of dihydroxyacetone kinases I and II in the dha regulon of Klebsiella pneumoniae. J Biotechnol. 177, 13-19 (2014).
- Celińska, E., Grajek, W. Biotechnological production of 2,3-butanediol-current state and prospects. Biotechnol Adv. 27 (6), 715-725 (2009).
- Chen, C., Wei, D., Shi, J., Wang, M., Hao, J. Mechanism of 2, 3-butanediol stereoisomer formation in Klebsiella pneumoniae. Appl Microbiol Biotechnol. 98 (10), 4603-4613 (2014).
- Wei, D., Wang, M., Shi, J., Hao, J. Red recombinase assisted gene replacement in Klebsiella pneumoniae. J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (8), 1219-1226 (2012).
- Wei, D., Sun, J., Shi, J., Liu, P., Hao, J. New strategy to improve efficiency for gene replacement in Klebsiella pneumoniae. J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (5), 523-527 (2013).
- Chen, C., et al. Inhibition of RecBCD in Klebsiella pneumoniae by Gam and its effect on the efficiency of gene replacement. J Basic Microbiol. 56 (2), 120-126 (2016).
- Wang, D., et al. R-acetoin accumulation and dissimilation in Klebsiella pneumoniae. J Ind Microbiol Biotechnol. 42 (8), 1105-1115 (2015).
- Wei, D., Xu, J., Sun, J., Shi, J., Hao, J. 2-Ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae CGMCC 1.6366. J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (6), 561-570 (2013).
- Sun, Y., et al. Two-stage fermentation for 2-ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae. J Microbiol Biotechnol. 24 (6), 781-787 (2014).
- Wang, D., et al. Gluconic acid production by gad mutant of Klebsiella pneumoniae. World J Microbiol Biotechnol. 32 (8), 1-11 (2016).
- Wang, C., et al. Production of xylonic acid by Klebsiella pneumoniae. Appl Microbiol Biotechnol. 100 (23), 10055-10063 (2016).
- Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J., Stroeve, P. Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production. Ind Eng Chem Res. 48 (8), 3713-3729 (2009).
- Brisse, S., Grimont, F., Grimont, P. A. The genus Klebsiella. The Prokaryotes. , 159-196 (2006).
- Hao, J., Lin, R., Zheng, Z., Liu, H., Liu, D. Isolation and characterization of microorganisms able to produce 1, 3-propanediol under aerobic conditions. World J Microbiol Biotechnol. 24 (9), 1731-1740 (2008).
- Hong, E., et al. Optimization of alkaline pretreatment on corn stover for enhanced production of 1.3-propanediol and 2, 3-butanediol by Klebsiella pneumoniae AJ4. Biomass Bioenerg. 77, 177-185 (2015).
- Pienkos, P. T., Zhang, M. Role of pretreatment and conditioning processes on toxicity of lignocellulosic biomass hydrolysates. Cellulose. 16 (4), 743-762 (2009).
