嗜盐菌合成生物学为基础的新型生物制造:生物制造2.0

生物制造是利用生物体机能进行物质加工与合成的绿色生产方式.目前,传统的生物制造以模式微生物为主,具有发酵技术成熟,分子改造技术成熟,但易染菌、能耗高、产率低、过程控制复杂等特点,其生产化工产品的竞争力不如化学工业.为突破传统生物制造的瓶颈,嗜盐菌等极端微生物近10年快速发展成为底盘细胞,成为开放无灭菌以及可以连续发酵的“下一代工业生物技术”(next generation industrial biotechnology,NGIB).嗜盐微生物是在高渗透压环境中具备正常生长能力的极端微生物,近年来,嗜盐菌的分子生物学工具种类不断增加,使得其改造和工程化发展迅速,已经完成了多种聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)和小分子化合物的生物合成,包括形态学工程改造带来的下游产物回收的便利.基于嗜盐菌底盘细胞的“下一代工业生物技术”具有基因可编辑性、节能节水、无需灭菌、可连续发酵、设备和操作简单以及一个底盘,多种产物等优点,合成生物学武装的嗜盐菌打开了新型生物制造的一扇新窗口,必将引起生物制造的一场新的变革,我们将其命名为“生物制造2.0”.

以亲水化改性聚氨酯为多孔载体的生物膜移动床反应器处理污水中试研究

载体是生物膜移动术反应器(MBBR)工艺的关键影响因素,利用亲水化改性聚氨酯载体构建MBBR,用于城市污水的中试研究.反应器日处理能力为3～3.5 t.d-1,水力停留时间为7～8 h,在连续进水(进水COD 140～280 mg.L-1,NH4+-N 30～50 mg.L-1,总氮45～65 mg.L-1,总磷2.5～4.0 mg.L-1)条件下对改性载体的挂膜速度、有机物和氮的去除效果及不同温度下的污水处理特性进行了研究.140 d的试验结果表明在24～28℃时,载体上生物膜在6 d左右即可完成挂膜,并达到稳定的处理效果.COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别为70%、97%、70%和39%.随着水温逐渐降低到12℃左右,NH4+-N的去除率依然能达到97%,表明通过添加改性载体可以提高反应器低温条件下的硝化能力.

解纤维梭菌培养条件的优化

解纤维梭菌Clostridium cellulolyticum是产纤维小体的专性厌氧菌,由于其培养困难,目前仍难以实现高效培养。文中采用响应面法对产纤维小体的解纤维梭菌C.cellulolyticum高细胞密度培养的条件进行了优化。首先用Plackett-Burman实验设计对影响因素效应进行评价,筛选出的显著影响因素分别为:酵母提取物浓度、纤维二糖浓度及培养温度。之后用最陡爬坡实验设计逼近菌体最佳生长条件的区域范围。最后通过中心组合实验设计和响应面分析方法确定显著影响因素的水平和C.cellulolyticum的最优培养条件。优化后的显著影响因素酵母提取物浓度、纤维二糖浓度和培养温度分别为3 g/L、7 g/L和34℃。在最优条件下,摇瓶培养的菌体浓度OD600值由0.303提高到了0.586,增加了93.4%。在发酵罐批次培养条件下,菌体OD600值达到了3.432,比文献报道值高出了2.8倍。研究结果为C.cellulolyticum培养及应用研究提供了基础。