[发明专利]一种提高嗜热厌氧杆菌发酵性能的方法

说明书

本发明属于应用工业微生物领域，公开了一种提高嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacteriumaotearoense)发酵性能的方法，包括三种方法：1)在发酵培养基中添加外源甲硫氨酸；2)代谢工程手段提高嗜热厌氧杆菌甲硫氨酸的转运和/或胞内合成；3)结合前两种方法；然后进行发酵，碳源为葡萄糖、木糖或两者的混合糖。本发明通过外源添加和/或代谢工程改造手段提高其甲硫氨酸的供给水平，能够实现在避免向培养基中添加昂贵营养物质(酵母膏和胰蛋白胨)的同时，提升嗜热厌氧杆菌的发酵性能，有助于降低发酵成本、提升经济可行性。

技术领域

本发明涉及一种提高嗜热厌氧杆菌发酵性能的方法，属于应用工业微生物领域。

背景技术

基于生物质资源的化学品和能源生产，是解决目前石化资源枯竭和环境问题的重要措施，对经济社会的可持续发展具有重要意义。目前发酵工业的主要碳源为淀粉基生物质，存在与人争粮、与粮争地的问题，因此各国都在大力开发基于木质纤维素的生物炼制工艺。

高温厌氧菌由于拥有发酵木质纤维素的能力，因此成为转化纤维素类生物质生产生物基化学品和生物燃料的重要研究对象。申请人课题组前期筛选得到一株嗜热厌氧杆菌，鉴定为ThermoanaerobacteriumaotearoenseSCUT27(Genome Announcements 2014,2(1):e00041-14)，该菌具有如下优势：首先，底物谱宽，甚至可以在不添加任何酶的条件下直接利用廉价生物质中的半纤维素成分；其次，可耐受较宽范围的pH和温度变化，该特性被认为在推进其商业化运用进程中至关重要；最后，高温生长环境(55℃)有利于发酵产物(乙醇)的回收，并能避免微生物污染。特别令人关注的是，SCUT27能够在营养丰富的培养基中同时利用葡萄糖和木糖。此外，课题组前期通过代谢工程改造，获得了可以高效积累氢气(Bioresource Technology 2010,101:8718–8724)、乙醇(Enzyme and MicrobialTechnology2011,48:155–161)和乳酸(Biotechnology for Biofuels 2013,6:124)的工程菌，在廉价生物质转化生物基化学品和生物燃料方面显示出潜在的应用前景。

嗜热厌氧杆菌工业化应用的主要问题为乙醇耐受性和发酵性能较差，前者可以通过适应性驯化和代谢工程改造的方式得到提高(基于RNA-Seq及全基因组测序的嗜热厌氧杆菌乙醇耐受性机制的研究.华南理工大学2017)，然而后者需要添加大量昂贵的营养物质(酵母膏和胰蛋白胨)才能提升其发酵性能。

从工业化角度来看，如果能够找到一种经济高效的提高嗜热厌氧杆菌发酵性能的方法，对于推动其工业化应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高嗜热厌氧杆菌发酵性能的方法，有助于提高菌株的生物量以及目标产物的生产效率，降低培养基的成本，从而提升嗜热厌氧杆菌发酵法生产生物基化学品和生物燃料的经济可行性。

本发明的具体技术方案如下：

一种提高嗜热厌氧杆菌发酵性能的方法，选择下面任意一种或两种方法：

方法A为甲硫氨酸外源添加法，包括如下步骤：

(1)将嗜热厌氧杆菌(Thermoanaerobacteriumaotearoense)在种子培养基中活化，制备成种子液；

(2)以葡萄糖、木糖或两者的混合糖为碳源，以甲硫氨酸为添加剂，配制发酵培养基，并经过除菌；

(3)将步骤(1)种子液接种于步骤(2)制得的发酵培养基中，进行厌氧发酵即可；

方法B为菌株代谢工程改造法，包括如下步骤：