波動的細胞能量驅(qū)動微生物生產(chǎn)

在生物制造的工作中，微生物的儲罐經(jīng)過微調(diào)，可以生產(chǎn)出可以用作碳中性燃料、化學品、材料和藥物的化合物，但研究人員仍在學習如何讓微生物加速生產(chǎn)的基礎知識。為此，圣路易斯華盛頓大學的工程師們探索了ATP在微生物代謝中的作用。

腺苷-5 ' -三磷酸腺苷(ATP)是許多細胞過程的主要能量貨幣，但它的水平在制造中使用的微生物中波動很大，因此繪制ATP水平與微生物生長和營養(yǎng)質(zhì)量之間的聯(lián)系以及它們?nèi)绾斡绊懳⑸锂a(chǎn)品的產(chǎn)量至關重要。

McKelvey工程學院Francis Ahmann教授、先進材料合成生物學制造研究中心(SMARC)聯(lián)合主任張福忠(Fuzhong Zhang)領導了這項研究，了解了不同發(fā)酵條件下ATP的動態(tài)，并開發(fā)了一種通過補充ATP促進碳源來提高生物生產(chǎn)的成本效益方法。研究結(jié)果發(fā)表在6月22日的《自然通訊》雜志上。

“這項研究對于理解微生物能量穩(wěn)態(tài)、優(yōu)化生物生產(chǎn)過程和確定代謝負擔的來源具有廣泛的意義，”張教授實驗室的博士生、該論文的第一作者穆欣悅說。

本研究使用基因編碼的ATP生物傳感器來探索不同微生物細胞和發(fā)酵條件下ATP濃度的快速變化。他們發(fā)現(xiàn)，用不同的碳源喂養(yǎng)微生物會導致非常不同的ATP動力學。在被測試的常用于發(fā)酵的碳中，醋酸鹽在大腸桿菌中誘導的ATP水平最高，而惡臭假單胞菌(一種被發(fā)酵工業(yè)廣泛使用的微生物菌株)更傾向于一種被稱為油酸酯的脂肪酸。

“通常情況下，你不會認為醋酸鹽是大腸桿菌的良好碳源，”Mu說，并指出醋酸鹽被認為是葡萄糖代謝的副產(chǎn)品，是大腸桿菌在攝入葡萄糖時排泄的東西。她補充說:“實際上，通過給它喂食醋酸鹽，我們看到更高的ATP水平與目標產(chǎn)品的產(chǎn)量增加有關?！?/p>

使用醋酸鹽作為原料也是一個好消息，因為麥凱維大學的研究人員也在研究將二氧化碳轉(zhuǎn)化為醋酸鹽的方法。

p.p . putida產(chǎn)生一種叫做聚羥基烷酸酯(PHA)的生物塑料。在這種情況下，向惡臭p.p . putida提供其首選原料脂肪酸s，可顯著提高PHA含量、產(chǎn)量和生產(chǎn)率。

除了為發(fā)酵尋找有益的碳源外，ATP生物傳感器還將光線照射到細胞復雜的代謝過程中。

檸檬烯可以通過微生物生產(chǎn)并用作可再生溶劑或噴氣燃料，但其生物生產(chǎn)會大量吸收ATP，降低細胞生長和檸檬烯產(chǎn)量。

利用ATP生物傳感器，他們開始了解檸檬烯生物合成酶的表達如何影響ATP平衡，以及如何相應地調(diào)整酶的表達以保持高產(chǎn)。

“這項工作不僅闡明了ATP動力學與生物生產(chǎn)之間的關系，而且還提供了一種簡單有效的策略，通過選擇ATP有益的原料來提高生物生產(chǎn)。它對各種生物制造系統(tǒng)都很有用。

來源：AAAS

異丁醛（也稱為2-丁醛，化學式：C4H8O）是一種有機化合物，屬于醛類化合物。以下是異丁醛的一些化學性質(zhì)：

1. 功能團：異丁醛分子中含有一個醛基（─CHO功能團），即碳氧雙鍵和一個氫原子。

2. 溶解性：異丁醛具有一定的溶解性。它可以在水和許多有機溶劑中溶解，如乙醇、醚等。

3. 氧化性：異丁醛易被氧氣氧化成相應的酸。

4. 反應活性：異丁醛是一種活潑的化合物，可以與多種化學物質(zhì)發(fā)生以下反應：

   - 還原反應：可以被還原劑還原為相應的醇。

   - 加成反應：與親核試劑（如氨、氫氯化物）加成反應，形成相應的加成產(chǎn)物。

   - 導入反應：與親電試劑（如酸性條件下的醇或酰氯）反應，發(fā)生導入反應，形成醇或酯。

5. 異構(gòu)性：異丁醛和正丁醛（1-丁醛）是同分異構(gòu)體，它們的分子結(jié)構(gòu)不同。

需要注意的是，異丁醛是一種具有刺激性氣味的液體，在處理和使用時應采取適當?shù)姆雷o措施。同時，由于異丁醛易燃，應避免與火源接觸和存放在易燃物質(zhì)附近。