适应性进化方法实现丁酸梭菌生产高浓度1,3-丙二醇

发布日期:2018-10-16     浏览次数:2425次    发布者:刘春英    

方柏山教授课题组在利用适应性进化方法实现高浓度1,3-丙二醇生物法生产及其放大研究方面取得新进展,相关成果以“Adaptive evolution of Clostridium butyricum and scale-up for high-concentration 1,3-propanediol production”为题在线发表于AIChE JournalDOI: 10.1002/aic.16425)。

1,3-丙二醇(1,3-PDO)是一种重要的化工原料,在可降解塑料(PTT)以及医药行业中有着广泛的应用。相比于需要高温高压以及贵重金属作为催化剂的化学法,利用丁酸梭菌发酵生产1,3-丙二醇的生物法不仅工艺绿色环保、成本低廉,而且可以将生物柴油生产过程中的废料粗甘油转化为高附加值的1,3-丙二醇。但是发酵过程中副产物对丁酸梭菌的抑制使得1,3-丙二醇浓度低、生产效率低,严重限制了该方法的工业应用。

课题组前期的工作中,建立起丁酸梭菌的反复分批发酵工艺和厌氧体系下丁酸梭菌的代谢组学分析平台(Biotechnol. Bioeng. 2018;115:684-693)。该研究表明在副产物等外界环境压力的不断刺激下,菌体开始形成休眠体,使得代谢通路中碳源更多的流向油脂的合成过程,积累大量油脂,而活性炭的吸附作用为丁酸梭菌提供了更好的外界环境,代谢通路中的碳源依旧正常地流向1,3-丙二醇的合成途径。

在此研究基础上,他们进一步基于自然进化的原理,人工设计适应性进化的路线来定向改变丁酸梭菌的代谢过程,提高菌体自身对外界环境压力的耐受度,并利用自己研制的实验装置,筛选出对副产物丁酸耐受的菌株。经过进一步的工艺优化研究,相对于原始菌株(34.98 g/L),筛选出的菌株代谢的1,3-丙二醇浓度高达66.23 g/L;并进行了50-L规模的放大研究,在分批补料的工艺下,1,3-丙二醇的浓度和生产效率分别达到61.77 g/L1.62 g/L·h-1

该研究工作是在方柏山教授指导下,主要由博士生张瑷珲(第一作者)完成。研究工作得到国家自然科学基金重点项目(21336009)的支持。

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AIChE Journal 论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aic.16425  

Biotechnol. Bioeng. 论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/bit.26488