[发明专利]一种用于木糖转化PHA人工双菌体系初步优化的方法

说明书

本发明涉及一种用于木糖转化PHA人工双菌体系初步优化的方法。即针对假单胞菌和酿酒酵母的人工双菌体系，通过接种优化法和培养优化法，以实现利用廉价碳源木糖产PHA。对酿酒酵母在培养基进行培养，测定酿酒酵母生长曲线，确定对数生长期；双菌合适接种时间的确定；双菌合适接种比例的确定。最后通过比较各实验组细胞干重和PHA产量的数据可以获取最优培养条件。最终，确定在在pH值为7，糖浓度为15g/L，无机盐成分充足的条件下PHA的产量达到最大值。通过比较PHA的产量，最终确定最优接种条件为：酿酒酵母：假单胞菌接种接种比1:2，假单胞菌12h后接种。

技术领域

本发明涉及一种用于木糖转化PHA人工双菌体系初步优化的方法。

背景技术

聚羟基烷酸酯(PHA)是一种环境友好型高分子生物塑料，能完美代替传统的石油化工产品，由于其具有良好的生物可降解性和生物相容性，PHA被广泛的应用于医药包装、塑料制造以及高分子材料等领域。从2011年至2020年，全球对PHA的需求量将从3万吨增长至12万吨以上[1,2]。不过限于成本因素和技术问题，现阶段PHA难以实现传统塑料那样级别的大面积工业化生产。据清华大学调研，底物消耗占PHA成本的50％，能源消耗占30％。为降低底物成本，人们将目光从葡萄糖等昂贵底物转向了非粮原料，如占自然界木质纤维素含量18-30％的木糖。从1990年代起，人们已广泛开展利用木糖产PHA菌种筛选和过程优化等研究，但始终未能取得重大突破，其原因在于目前PHA主要采用传统的微生物单一菌种发酵生产，但木糖转化效率、PHA产量等均低于以葡萄糖为底物。微生物单菌代谢能力的限制是木糖高效转化PHA的瓶颈。

自然界中，在相互依存中发挥作用的混菌体系可以很好地解决代谢负担等问题[3]。与单菌相比，微生物混菌体系具有三大优势[4]，结合木糖产PHA体系分析：将木糖利用与PHA合成等任务分配到不同菌株中执行，可避免单菌代谢负荷过重的问题；PHA的胞内积累是在环境恶劣条件下形成的，混菌体系可在环境波动情况下通过不同菌株间的代谢物质交流、能量水平平衡等形式维持整个体系的相对稳定；单菌利用木糖产PHA受其本身基因组大小限制可改造空间较小，而混菌体系中存在多种细胞，加入新菌或导入新基因可以拓展体系功能。利用微生物混菌体系实现木糖高效转化为PHA，可望打破木糖产PHA的技术瓶颈。但是，天然混菌体系的形成往往以生存为目的，难以按照人类的预期实现特定的生产目标。另外，随着体系中细胞种类的增加，也会给细胞间的交流带来障碍，影响体系的效率。而不同种细胞生长速度、代谢能力等的不匹配，也给混菌发酵带来了困难。因此，对混菌体系设计与构建原理的阐述以及混菌体系的优化就很具有意义。

[1]Lara D,Michael C,Achim R,et al.Market developments of andopportunities for biobased products and chemicals.Nova-Institute for Ecologyand Innovation Reprot,2013,52202

[2]Sudesh K,Bhubalan K,Chuah J A,et al.Synthesisofpolyhydroxyalkanoate from palm oil and some new applications.AppliedMicrobiology and Biotechnology,2011,89(5):1373-1386[4]S.Y.Lee.Poly(3-Hydroxybutyrate)Production from Xylose by Recombinant EscherichiaColi.bioprocess engineering,1998,18(5):397-399

[3]Hao Song,Mingzhu Ding,Xiaoqiang Jia,et al.Synthetic microbialconsortia:from systematic analysis to construction and applications.ChemicalSociety Reviews,2014,43(20):6954-6981