Kỳ này xin giới thiệu với bạn nhóm giáo sư Trần Quốc Cường, Giám đốc Trung tâm Sinh học tổng hợp và hệ thống Đại học Thanh HoaKỹ thuật trao đổi chấtMột bài viết trên: Engineering low-salt growth Halomonas Bluephagenesis for cost-effective bioproduction combined with adaptive evolution 。 Nghiên cứu này sử dụng công nghệ plasma nhiệt độ phòng áp suất bình thường (ARTP) để tạo ra các đột biến ngẫu nhiên trên vi khuẩn salmonas tinh thể xanh để sàng lọc các chủng phát triển tốt ở nồng độ muối thấp. Quá trình lên men sản xuất PHA trên các chủng lợi thế thu được đã đạt được lợi ích kép về năng suất cao và giảm chi phí. So sánh các chủng đột biến với kiểu gen hoang dã cho thấy các gen liên quan đến stress muối của các chủng vật chủ ưa muối.

Polyhydroxyalkanoates (PHA) là các polyme được sử dụng trong vi khuẩn để lưu trữ năng lượng và có thể được phát triển thành nhựa phân hủy sinh học màu xanh lá cây. Nó có các đặc tính vật lý hóa của nhựa hóa học, nhưng cũng có một loạt các tính chất như khả năng phân hủy sinh học, khả năng tương thích sinh học, hoạt động quang học và tách khí. Chủng sản xuất PHA Monomonas salophilia TD01 là một chủng salophilia được phân lập từ hồ Edingale ở Tân Cương, Trung Quốc và có thể phát triển nhanh chóng trong điều kiện không vô trùng ở độ pH cao và nồng độ muối cao. Mặc dù hiện nay đã tiến hành cải tạo vi khuẩn salmonas tinh thể xanh trên các phương diện như phương tiện truyền tải biểu hiện và khởi động, nhưng vẫn còn nhiều điều chưa biết về phương diện điều tiết kháng muối của nó. Thay đổi ngược đối với vi khuẩn salomonas tinh thể xanh, chẳng hạn như muối thấp, độ pH cao, có thể làm giảm thêm chi phí xử lý nước thải muối, phân lập tế bào cao hơn và độ tinh khiết PHA cao hơn.

Và bởi vì các protein tế bào tham gia kiểm soát quá trình sinh học trong cơ thể tế bào thường thể hiện các chiến lược phân phối khác nhau để đối phó với áp lực bên ngoài, chẳng hạn như áp suất thẩm thấu của độ mặn, sốc nhiệt, tiếp xúc với tia cực tím, v.v., thiết kế hợp lý của mạng lưới trao đổi chất để đạt được sự điều chỉnh của áp suất muối có một số khó khăn. Công nghệ plasma nhiệt độ phòng áp suất bình thường (ARTP) là một phương pháp đột biến ngẫu nhiên toàn bộ bộ gen, và vì cơ chế kháng muối của vi sinh vật liên quan đến một mạng lưới điều tiết cấp hệ thống, ARTP, có thể đạt được đột biến ngẫu nhiên toàn bộ bộ gen, phù hợp hơn cho việc sửa đổi khung gầm của Salmonas cyanocyte.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng Monomonas hoang dã TD01 và 3 chủng tái tổ hợp TDH4, TD68, TD68-194 để xác minh sự phát triển của chúng trong môi trường muối ở nồng độ cao (50g/L NaCl) và nồng độ thấp (10g/L NaCl) tương ứng, cho thấy không có chủng nào xuất hiện trong các tấm có nồng độ muối thấp (Hình 2). Bốn chủng này bị đột biến ARTP với thời gian đột biến là 5 phút và đường cong tỷ lệ tử vong cho thấy thời gian xử lý tối ưu là 3 phút (Hình 2). 4 chủng vi khuẩn phát triển nhanh nhất ở nồng độ muối thấp được sàng lọc trong thư viện sau đột biến, thực hiện đợt đột biến thứ hai và kết thúc với 4 chủng: TD01A₂B₅Từ TDH4A₁B₅Từ TD68A₂B₃Từ TD68-194A₁B₅(Hình 2). Đối với TDH4A₁B₅Vi khuẩn có đặc tính sản xuất tuyệt vời, trọng lượng thân tế bào có thể đạt 11 g/L, chứa 60% khối lượng sản xuất PHA.

Đối với các chủng đột biếnTừ TDH4A₁B₅Thay đổi mức độ di truyền, thêm operon phaCAB, tăng cường thông lượng trao đổi chất, lên men hàng loạt trong 40 giờ bổ sung chưa tiệt trùng trong hệ thống 7L, tăng 21% và 36% sản lượng PHB và P34HB so với loại hoang dã (Hình 3). Việc sửa đổi thêm nó đã dẫn đến sự gia tăng 50% và 77% trong tiết threonine và phân tích nhiều khía cạnh cho thấy tiềm năng ứng dụng của vi khuẩn Chassis nồng độ muối thấp (Hình 4). Thông qua tỷ lệ di truyền, cơ chế điều hòa cưỡng chế muối của các chủng vật chủ ưa muối đã được tiết lộ, bao gồm 101 gen liên quan đến áp suất thẩm thấu. Hơn nữa, bằng cách sử dụng vi khuẩn lam tái tổ hợp TDH4A1B5, chi phí PHA theo hệ thống lên men 7L đã giảm 1/3, làm tăng đáng kể khả năng cạnh tranh kinh tế của nó (Hình 5).

Sơ đồ1 Bài viết này Technical Roadmap

Sơ đồ2 ARTPDữ liệu đột biến

Sơ đồ3 đúngH. bluephagenesisTừ TDH4A₁B₅Cải tạo để sản xuất cao.PHA

Sơ đồ4 đúngH. bluephagenesisTừ TDH4A₁B₅Cải tạoỨng dụng trong sản xuất nhiều protein

Sơ đồ5 Phân tích chi phí lên men muối thấp so với lên men muối cao

Link bài viết:

https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.08.001