中科院近物所团队成功选育出耐高温的工业L-乳酸生产菌株

[SynBioCon] 获悉,近日,中国科学院近代物理研究所、重离子科学与技术全国重点实验室科研人员依托兰州重离子研究装置(31111.02.HIRFL)提供的碳离子束,成功选育出一株耐高温的工业乳酸菌株(菌株18),有望助力实现非粮原料甜高粱生物质的低成本乳酸生产。
相关成果发表于美国化学会学术期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》。

高温生物制造能有效减少污染、降低能源消耗,同时提升物质传递效率和产物得率,具有显著的生产经济优势。传统规模化生产的主流菌凝结芽孢杆菌通常50℃发酵生产乳酸,提升发酵温度后,菌种代谢活性会急剧下降,无法实现更高温度的发酵生产。
科研人员依托兰州重离子研究装置,用高能碳离子束作为“精准手术刀”,对工业乳酸菌种进行诱变改良,选育出名为“18”的高性能耐高温L-乳酸生产菌株。研究发现,新菌株不但原料转化率高、产酸能力强,还克服了传统菌种在50℃以上代谢活性骤降的弱点。
通过比较基因组学与转录表达分析,鉴定出两个关键突变基因(fadD和puuP),证实两处突变协同提升菌株高温耐受能力,从分子层面解析了菌株耐热高产机制。
之后,研究团队基于菌株18建立了一种在开放式非无菌条件下进行的生物反应器“二段式”升温发酵策略(50至54℃),使该耐高温菌株的产酸能力和原料转化率均得到显著提高,24小时发酵后, L-乳酸浓度达到121.5 g/L,总收率为0.96 g/g。
该研究充分展现了重离子束诱变技术在工业微生物育种中的优势,实现了复杂工业性状的快速选育,为非粮生物质资源高值化利用和绿色生物制造提供了新策略。
此工作由中国科学院近代物理所、甘肃农业大学、白银市科近重离子束生物产业创新研究院共同完成。
来源:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.6c01206
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