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加快打造原始創(chuàng)新策源地,加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),努力搶占科技制高點(diǎn),為把我國(guó)建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國(guó)作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)、面向國(guó)家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國(guó)家創(chuàng)新人才高地,率先建成國(guó)家高水平科技智庫(kù),率先建設(shè)國(guó)際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國(guó)科學(xué)院辦院方針

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天津工生所揭示谷氨酸棒桿菌抵御低酸脅迫的生理機(jī)制

2019-05-22 天津工業(yè)生物技術(shù)研究所
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語(yǔ)音播報(bào)

  谷氨酸棒桿菌是一種重要的工業(yè)微生物菌種,已被廣泛用于氨基酸的工業(yè)發(fā)酵,以及有機(jī)酸、核苷酸和維生素等的生產(chǎn),具有重要的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。然而,在谷氨酸、丁二酸以及丙酮酸等酸性生物基化學(xué)品的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中,谷氨酸棒桿菌時(shí)常面臨著低酸環(huán)境的脅迫壓力,嚴(yán)重影響菌株的正常生理狀態(tài)以及相關(guān)目標(biāo)代謝產(chǎn)物的積累。因此,深入探究和解析谷氨酸棒桿菌對(duì)低酸脅迫環(huán)境的生理適應(yīng)策略,以期利用這些知識(shí)對(duì)生產(chǎn)菌株進(jìn)行生理性能改造,提高菌株在酸性脅迫環(huán)境下的存活能力和耐受性,從而充分發(fā)揮其工業(yè)價(jià)值,具有重要理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

  中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究員劉君帶領(lǐng)的微生物生理和代謝工程研究組利用適應(yīng)性進(jìn)化策略篩選獲得了一株谷氨酸棒桿菌耐酸菌株,通過(guò)比較分析進(jìn)化菌株與原始菌株的生理特性差異,并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù),對(duì)進(jìn)化菌株的耐酸機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)研究。結(jié)果表明,相較于原始菌株,進(jìn)化菌株在低酸脅迫下能更好地保持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性,同時(shí)維持更高的胞內(nèi)pH和較低的胞內(nèi)活性氧水平,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低酸脅迫下更強(qiáng)的生長(zhǎng)和存活能力。通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn),與原始菌株相比,在低酸脅迫下進(jìn)化菌株中心代謝途徑中多個(gè)關(guān)鍵基因表達(dá)上調(diào),提示進(jìn)化菌株比原始菌株具有更高的胞內(nèi)代謝活性。此外,研究中還發(fā)現(xiàn)和鑒定出多個(gè)候選抗酸元件,如銅伴侶蛋白Cg1328、細(xì)胞分裂蛋白FtsE/X、脂肪酸合成酶Fas、分子伴侶HscA等。進(jìn)一步研究揭示,KatA-Dps (過(guò)氧化氫酶-饑餓誘導(dǎo)DNA保護(hù)蛋白)介導(dǎo)的胞內(nèi)活性氧清除過(guò)程和McbR (硫代謝調(diào)控因子)介導(dǎo)的硫元素同化抑制效應(yīng)能夠協(xié)同參與谷氨酸棒桿菌的低酸脅迫耐受應(yīng)答,是影響谷氨酸棒桿菌抗酸生理性能的重要因素,通過(guò)表達(dá)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)上述抗酸元件是代謝改造提高菌株抗酸特性的重要靶點(diǎn)之一。該研究將有助于更好地認(rèn)識(shí)和理解谷氨酸棒桿菌在低酸脅迫環(huán)境下的生理適應(yīng)策略,對(duì)于尋求微生物生理功能最優(yōu)化和目標(biāo)產(chǎn)物積累最大化的工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

  該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、天津市自然科學(xué)基金的支持,相關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表于Applied Microbiology and Biotechnology 雜志。天津工生所副研究員徐寧和客座研究生呂紅芳為論文共同第一作者,劉君為論文通訊作者。

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谷氨酸棒桿菌抵御酸性脅迫的生理機(jī)理示意圖

打印 責(zé)任編輯:葉瑞優(yōu)

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