下一代生物工艺
布隆巴赫教授的团队在TUM Campus Straubing生物技术和可持续性研究中,正在研究如何利用这种海洋细菌来提高生产过程的时间效率,从而节约资源,同时减少生物技术设施的规模。
海洋细菌有助于产生琥珀酸
研究人员现在已经成功地利用琥珀酸的例子来证明这种海洋细菌的潜力。琥珀酸是一种有机物质,可以在琥珀等树脂化石和烟煤中找到。在自然界中,它可以在未成熟的葡萄、大黄和西红柿中找到。
琥珀酸,琥珀酸盐,发生在所有生物的新陈代谢中,在葡萄糖分解的中间阶段使用。丁二酸在代谢过程中的天然存在,现在正被用于生物技术,与微生物(如TUM研究人员所研究的海洋细菌)一起生产这种酸。这需要了解微生物平台的代谢作用,如需钠弧菌(Vibrio natriegens)。
工业生物技术的潜力
布洛姆巴赫教授的团队正在应用代谢工程方法开发这些创新的工业生物技术微生物系统。有了先进的基因工程技术,就有可能创建量身定做的细胞工厂。
微生物生物技术的研究员、该研究的第一作者菲利克斯·托马博士解释了该团队是如何生产琥珀酸的:“我们在塑料管中注入盐水,使钠弧菌在其中繁殖,然后添加葡萄糖,并密封它们。在缺氧的情况下,细菌将培养基中的糖和溶解的二氧化碳转化为琥珀酸。整个过程大约在两到三个小时后完成。”
在进一步的步骤中,研究人员在一个生物反应器中进行了实验,在那里他们可以控制pH值水平,否则随着酸的形成,pH值会逐渐变得不适宜居住。这也使得它们能够不断地为共同基质——二氧化碳提供养分。
一个细菌很快将成为关键的工艺合作伙伴
丁二酸是12种关键产品之一,未来生物工程生产可以成功地与石化方法竞争。“我们用弧菌钠素进行了两年的开发工作,结果与我们在其他系统中15或20年后看到的结果相当。这使得这种海洋细菌成为工业生物技术中一个新的、强有力的角色,”托马斯说。
通过有针对性的基因修饰,研究团队成功地优化了细菌的代谢,使其能高效地将葡萄糖转化为琥珀酸——而且是在高水平上。布洛姆巴赫教授说:“在实现可行的工业工艺的道路上,在工艺设计方面仍有工作要做。”该团队目前正在开发利用钠弧菌和可再生原材料的可用性,以及不与食品工业竞争的废物流的过程。
Felix Thoma, Clarissa Schulze, Carolina Gutierrez‐Coto, Maurice Hädrich, Janine Huber, Christoph Gunkel, Rebecca Thoma, Bastian Blombach. Metabolic engineering ofVibrio natriegensfor anaerobic succinate production. Microbial Biotechnology, 2021
Eugenia Hoffart, Sebastian Grenz, Julian Lange, Robert Nitschel, Felix Müller, Andreas Schwentner, André Feith, Mira Lenfers-Lücker, Ralf Takors, Bastian Blombach. High Substrate Uptake Rates Empower Vibrio natriegens as production Host for Industrial Biotechnology. Applied and Environmental Microbiology, 2017; 83 (22)