細(xì)菌纖維素（Bacterial Cellulose,BC）是一種由一些微生物菌株代謝產(chǎn)生的胞外多糖。由于其純度高、具有優(yōu)良的理化性能,被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域。由于BC的生產(chǎn)成本偏高,限制了其廣泛應(yīng)用。因此獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的BC生產(chǎn)菌株,最大限度發(fā)揮BC產(chǎn)生菌的合成能力,是降低BC生產(chǎn)成本、擴(kuò)大應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文對(duì)來自紅茶菌的一株產(chǎn)BC的新菌種萊蒂亞駒形桿菌315（Komagataeibacter rhaeticus 315,簡(jiǎn)稱K.rhaeticus 315）進(jìn)行了全基因組分析,在了解其代謝特征的基礎(chǔ)上,通過優(yōu)化能量供給方式,弱化分支代謝通路,提高BC合成前體—葡萄糖的轉(zhuǎn)化率,為降低BC的生產(chǎn)成本奠定基礎(chǔ)。此外,鑒于BC產(chǎn)生菌具有界面合成的特征,本文還對(duì)發(fā)酵方式和條件進(jìn)行了研究。具體研究結(jié)果如下:（1）K.rhaeticus 315全基因組數(shù)據(jù)表明,K.rhaeticus 315全基因組大小為3.70 Mbp,平均覆蓋率470X,GC含量63.98%,其中預(yù)測(cè)編碼DNA序列數(shù)（CDS）為3314條。該菌株的基因組序列中缺乏磷酸果糖激酶的編碼基因,不能通過EMP途徑代謝葡萄糖產(chǎn)生... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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細(xì)菌纖維素的結(jié)構(gòu)式Fig.1-1Thestructuralformulaofbacterialcellulose

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文21.1.3BC生物合成途徑BC的生物合成是一個(gè)多步驟反應(yīng)且每一步都需要多種酶的催化及激活，主要包括：聚合、分泌、組裝與結(jié)晶四大過程[13]。如圖1-2所示，當(dāng)葡萄糖作為碳源底物時(shí)，該生物合成途徑可被描述如下：（1）葡萄糖在葡萄糖激酶的作用下磷酸化成葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）；（2）葡萄糖變位酶催化葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化成葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）；（3）G-1-P在焦磷酸化酶的作用下合成尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）；（4）最后，纖維素合成酶在細(xì)胞膜上催化UDPG合成β-1，4-葡萄糖苷鏈，再分泌到細(xì)胞外，裝配形成BC[14-16]。其中UDPG是BC的直接前體物，BC產(chǎn)量的高低主要取決于碳源底物轉(zhuǎn)化為UDPG的能力。BC生物合成過程受到能量代謝系統(tǒng)調(diào)控，當(dāng)體系能荷較低時(shí)，葡萄糖轉(zhuǎn)化成葡萄糖-6-磷酸（G-6-P），進(jìn)入HMP途徑并氧化產(chǎn)能；當(dāng)能荷較高時(shí)，G-6-P合成受到ATP抑制，葡萄糖代謝流向BC合成方向[13]。纖維素的合成是一個(gè)絕對(duì)需要能量的過程[17]。另外，產(chǎn)BC的一些細(xì)菌具有獨(dú)特的代謝特征，即缺乏磷酸果糖激酶（PEK），故菌體無法通過糖酵解（EMP）途徑代謝產(chǎn)能，也無法在厭氧條件下代謝合成BC。磷酸戊糖途徑（HMP）和三羧酸循環(huán)（TCA）兩條代謝途徑都間接參與了細(xì)菌纖維素的生物合成。所以如何平衡BC與代謝副產(chǎn)物的生成量，如何讓碳源最大限度的流向BC合成，跟能量有很大的關(guān)系。有研究表明，在發(fā)酵培養(yǎng)基中外源添加一些物質(zhì)可以有效改變細(xì)菌纖維素的生物合成（即碳代謝）流向，從而提高BC產(chǎn)量。已知的一些添加劑有：羧甲基纖維素（CMC）、有機(jī)酸、海藻酸鈉、瓊脂、乙醇等。例如Lin等[18]通過研究表明當(dāng)培養(yǎng)基中添加1%CMC，BC產(chǎn)量提高了6.3倍，且該BC膜的持水性變強(qiáng)。Lee等[19]發(fā)現(xiàn)外源添加1.4%（v/v）的乙醇可以使BC產(chǎn)量提高4倍，并

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文163.1.2基因序列比對(duì)本研究將K.rhaeticus315菌株的全基因組序列與模式菌株中的K.xylinusE25進(jìn)行了基因比對(duì)。結(jié)果如圖3-1所示，兩株菌只有小部分基因簇可以比對(duì)上，基因序列基本不一樣。因此，作為產(chǎn)BC的新菌種，基因組的測(cè)序分析有利于后期更深入的理解菌體的代謝機(jī)制。圖3-1K.rhaeticus315與K.xylinusE25基因比對(duì)Fig.3-1GenecomparisonbetweenK.rhaeticus315andK.xylinusE253.1.3代謝產(chǎn)物分析據(jù)報(bào)道，碳源是影響B(tài)C產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)差異的主要因素之一[73]。從基因組序列中可以推測(cè)K.rhaeticus315菌株對(duì)果糖的利用不好，因?yàn)榫w不存在編碼果糖激酶的基因（frk），所以果糖無法被轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸以及6-磷酸-葡萄糖。K.rhaeticus315對(duì)于雙糖的利用也不佳，主要是因?yàn)镵.rhaeticus315基因組中缺乏編碼蔗糖酶、麥芽糖酶等雙糖酶的基因。此外由于菌株不具備EMP途徑，菌體主要通過HMP途徑和TCA途徑來代謝碳源，此時(shí)碳源主要流向三個(gè)代謝途徑：菌體生長(zhǎng)代謝、合成BC、合成酸類副產(chǎn)物。從圖3-2的發(fā)酵曲線可以看出，發(fā)酵20d后，耗糖量為36.73g/L，BC產(chǎn)量為12.81g/L，葡萄糖酸生成量為32.25g/L，此時(shí)BC生產(chǎn)效率僅為0.0174，說明菌體在合成BC時(shí)，大部分碳源底物會(huì)流向副產(chǎn)物—葡萄糖酸的合成途徑[22]，造成碳源浪費(fèi)，目標(biāo)產(chǎn)物合成效率低下。并且，大量的酸會(huì)降低發(fā)酵液的pH值，對(duì)菌體生長(zhǎng)不利[74]。因此，使碳代謝主要流向產(chǎn)物合成途徑對(duì)提高BC產(chǎn)量來說至關(guān)重要。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]大豆渣制備細(xì)菌纖維素的研究[J]. 高媛,鄒小周,洪楓,陳琳.  纖維素科學(xué)與技術(shù). 2018(02)
[2]椰子水的自然預(yù)發(fā)酵條件對(duì)細(xì)菌纖維素合成的促進(jìn)性影響[J]. 王艷梅,賈佳,胡淇淞,徐傳標(biāo),龍青姨,楊一沖,李從發(fā),劉四新.  熱帶作物學(xué)報(bào). 2018(01)
[3]巴氏醋桿菌高酸度醋發(fā)酵過程的能量代謝分析[J]. 亓正良,楊海麟,夏小樂,王武,余曉斌.  微生物學(xué)通報(bào). 2013(12)
[4]巴氏醋酸桿菌滬釀1.01乙醇氧化產(chǎn)醋酸關(guān)鍵酶的研究[J]. 朱小明,夏小樂,楊海麟,王武.  食品工業(yè)科技. 2013(02)
[5]納米材料細(xì)菌纖維素對(duì)大鼠皮膚創(chuàng)傷的促愈作用[J]. 馬霞,陳世文,王瑞明,陸大年,賈士儒.  中國(guó)臨床康復(fù). 2006(37)

博士論文
[1]細(xì)菌纖維素生物合成的耐酸適應(yīng)性機(jī)理[D]. 李元敬.中國(guó)科學(xué)院研究生院(東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所) 2016
[2]酸激復(fù)合紫外誘變提高醋桿菌產(chǎn)酸能力及耐酸機(jī)理的研究[D]. 亓正良.江南大學(xué) 2013

碩士論文
[1]細(xì)菌纖維素—聚乙二醇乙�；男詮�(fù)合膜的制備與性能研究[D]. 于冬云.華東理工大學(xué) 2018
[2]細(xì)菌纖維素基復(fù)合材料的制備及性能研究[D]. 劉暉.南京林業(yè)大學(xué) 2016
[3]細(xì)菌纖維素的發(fā)酵生產(chǎn)及應(yīng)用研究[D]. 仲華維.齊魯工業(yè)大學(xué) 2013



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