醋酸梭菌在异养和自养条件下的乙酸生成与代谢特性

【背景】产乙酸菌可以利用一碳气体发酵生产乙酸等高值化学品,是实现碳资源回收利用和绿色生物制造的重要途径之一。绝大部分产乙酸菌还可以利用有机质进行代谢,但二者具有不同的能量代谢模式。【目的】探究一种典型产乙酸菌醋酸梭菌(Clostridium aceticum)在异养/自养条件下的产酸特性,揭示不同培养条件对其代谢模式的影响机理。【方法】分别在以葡萄糖和合成气(H_(2):CO_(2)为6:4)为底物的条件下考察醋酸梭菌产酸和代谢的情况,基于实验结果分析产物分布及乙酸生产比滴度,进一步利用关键酶活性指标揭示异养/自养代谢的差异性机理。【结果】醋酸梭菌在10 g/L葡萄糖存在时进行分步降解,先分解葡萄糖产生乳酸,后续生成6.3 g/L乙醇、13.2 g/L丁酸和5.6 g/L乙酸,而在合成气为底物时只检测到1.96 g/L乙酸。产物分布结果表明自养条件下的乙酸生产比滴度和酸醇比分别最高可达28.6 g/g和17.57,远高于异养的8.23 g/g和1.53。酶代谢指标表明,异养条件下的NADH、ATP产生量及丙酮酸脱氢酶活性均表现出明显优势,但乙酸激酶活性却恰好相反,这揭示出异养条件下丙酮酸代谢的中间产物乙酰辅酶A大部分流向细胞合成和高级产物(乙醇和丁酸),反而在自养条件下流向乙酸生成。【结论】醋酸梭菌在自养条件下可以实现更专注的乙酸生成,为合成气的生物资源化利用及产乙酸菌的代谢通路调控提供一定的参考价值。