苹果酸补料策略提高枯草芽孢杆菌DF生长和产孢效率

doi:10.7506/spkx1002-6630-20230424-231

食品科学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 172-177.doi: 10.7506/spkx1002-6630-20230424-231

苹果酸补料策略提高枯草芽孢杆菌DF生长和产孢效率

丁跃，陈琛，鲁佳康，陈雄，黄亚男，王志

（1.湖北工业大学发酵工程教育部重点实验室，工业发酵省部共建协同创新中心，湖北武汉 430068；2.河南省南街村（集团）有限公司，河南漯河 462600）

出版日期:2024-01-25 发布日期:2024-02-05
基金资助:
湖北省教育厅优秀中青年科技创新团队项目（T2022011）

Malate Supplementation Enhances the Growth and Sporulation Efficiency of Bacillus subtilis DF

DING Yue, CHEN Chen, LU Jiakang, CHEN Xiong, HUANG Yanan, WANG Zhi

(1. Key Laboratory of Fermentation Engineering (Ministry of Education), Collaborative Innovation Center for Industrial Fermentation, Hubei University of Technology, Wuhan 430068, China; 2. Henan Province Nanjiecun Group Co. Ltd., Luohe 462600, China)

Online:2024-01-25 Published:2024-02-05

摘要/Abstract

摘要： 为了提高枯草芽孢杆菌生长和产孢效率，在30 L发酵罐水平考察了苹果酸对菌株DF生长代谢的影响。发酵16～27 h耦合pH 8.0流加苹果酸（终质量分数1.5%）使得生物量（22 h）达到3.68×1010 CFU/mL，较对照提高71.9%；同时，芽孢数为3.63×1010 CFU/mL，较对照提高92.1%。转录组差异分析表明：苹果酸强化了菌株DF糖异生途径、磷酸戊糖途径（pckA、fbaA、zwf上调0.38～1.51 倍）、三羧酸循环（citZ上调2.10 倍）的代谢效率；降低了细胞氧化胁迫强度（丙酮酸氧化酶编码基因poxL下调72.9%、硫氧还蛋白还原酶编码基因trxA上调2.88 倍，19～24 h的H2O2浓度下降了45.9%～51.3%）；增强了Spo0A的磷酸化效率（kipL、rapAD、abrB下调57.5%～75.9%；clpX、phrCF、spo0B、sigA上调0.73～12.76 倍），显著提高菌株DF的生长及芽孢形成效率。本研究可为枯草芽孢杆菌工业化高效发酵生产提供理论支撑。

关键词: 枯草芽孢杆菌；苹果酸；细胞生长；芽孢形成；转录组分析

Abstract: To improve the growth and sporulation efficiency of Bacillus subtilis, the effect of malate on the cell growth and metabolism of B. subtilis DF was investigated in a 30 L bioreactor. At 22 h of fermentation, a biomass of 3.68 × 1010 CFU/mL was obtained by malate addition to a final concentration of 1.5% during 16–27 h after the pH reached 8.0 at 16 h, which was 71.9% higher than that of the control group. Meanwhile, the number of spores was 3.63 × 1010 CFU/mL, which was 92.1% higher than that of the control group. Differential transcriptomic analysis showed that malate increased the metabolic efficiency of the gluconeogenesis and pentose phosphate pathways with 1.38 to 2.51-fold up-regulation of the zwf, pckA and fbaA genes, respectively and the metabolic efficiency of the tricarboxylic acid (TCA) cycle with 3.10-fold up-regulation of the citZ gene, reduced cellular oxidative stress with a 72.9% down-regulation of the poxL gene, a 3.88-fold up-regulation of the trxA gene, and thus a 45.9%–51.3% reduction in H2O2 concentration during 19–24 h, and enhanced the phosphorylation efficiency of Spo0A with down-regulation of the kipL, rapAD and abrB genes by 57.5%–75.9%, and up-regulation of the clpX, phrCF, spo0B and sigA genes by 1.73–13.76 folds, significantly improving the growth and sporulation efficiency of B. subtilis DF. These findings provide theoretical supports for the industrial application of B. subtilis.

Key words: Bacillus subtilis; malate; cell growth; sporulation; transcriptome analysis

中图分类号:

TS209

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苹果酸补料策略提高枯草芽孢杆菌DF生长和产孢效率

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