代谢通量分析在酶合成过程中的应用研究进展

代谢通量分析可以有效预测微生物的代谢状况;指导生物合成过程;已在多个领域得到成功应用。本文概括分析了三大代谢通量分析技术（基于物料平衡、基于同位素示踪技术以及基于基因组尺度规模网络）在工业生物技术领域的应用;阐述了相关技术的优势及局限性。在此基础上重点论述了基于物料平衡及同位素示踪这两类通量分析技术在酶合成领域的研究进展;分析了代谢通量分析应用于复杂代谢产物可能存在的问题;指出如何将信号转导、转录调控等信息纳入代谢网络将成为未来酶合成过程代谢分析的研究重点。     

代谢通量分析在酶合成过程中的应用研究进展

代谢通量分析可以有效预测微生物的代谢状况,指导生物合成过程,已在多个领域得到成功应用。本文概括分析了三大代谢通量分析技术（基于物料平衡、基于同位素示踪技术以及基于基因组尺度规模网络）在工业生物技术领域的应用,阐述了相关技术的优势及局限性。在此基础上重点论述了基于物料平衡及同位素示踪这两类通量分析技术在酶合成领域的研究进展,分析了代谢通量分析应用于复杂代谢产物可能存在的问题,指出如何将信号转导、转录调控等信息纳入代谢网络将成为未来酶合成过程代谢分析的研究重点。     

产朊假丝酵母分批发酵生产谷胱甘肽的代谢通量分析

根据产朊假丝酵母利用葡萄糖作为惟一碳源生物合成谷胱甘肽的代谢网络,利用代谢通量分析方法分析了谷胱甘肽分批发酵不同阶段各代谢途径碳通量的分布和变化规律.在此基础上,通过分阶段温度控制和L-半胱氨酸添加等策略,调节谷胱甘肽分批发酵过程中的代谢通量分布,谷胱甘肽生物合成的产量明显提高,最大增加幅度分别达到23%和91%.同时对这些策略下谷胱甘肽的过量合成机理进行了解释.     

应用代谢通量法分析黄原胶发酵实验数据

首次采用代谢通量分析法对黄原胶发酵过程的实验数据进行了定量分析，根据黄单胞菌的胶合成及糖分解代谢机理求得了产胶期的内部代谢通量分布，得出了得率与呼吸商间的关系式；并根据一定维持机理求得了维持系数、Ｐ／Ｏ及理论得率等。     

基于动态代谢通量分析的发酵过程多目标优化

通过动态代谢通量分析方法建立发酵过程模型,提出了一种基于微观代谢信息的发酵过程多目标优化策略,该策略基于所建微观模型,根据动态特性将发酵过程分为菌体生长和产物合成两个阶段,进行特征分析并从微观通量层面分别设计优化目标与约束条件,采用多目标粒子群算法求得最优解。该方法用于青霉素发酵过程底物流加速率和pH的操作轨迹优化,仿真实验结果表明,采用基于微观通量的多目标优化策略能够提高产物终端浓度,表明优化策略的有效性。     

新型生物絮凝剂REA-11的代谢模型建立与代谢网络分析

利用代谢通量分析方法,对谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum CCTCC M201005分批发酵不同阶段和不同溶氧浓度下的代谢网络模型进行了计算,考察了代谢节点对絮凝剂REA-11合成的影响,并对C. glutamicum生长代谢过程中能量和还原力的产生及消耗问题进行分析.结果发现,磷酸戊糖途径(PP)通量在整个发酵过程中始终维持在较高的水平;REA-11合成通量随溶氧浓度的增加而降低,菌体合成通量则随溶氧水平的增加而增加;ATP通量的增加可以促进菌体生长,而与REA-11的合成呈负相关.     

杂合基因算法在酵母中间代谢途径代谢通量分析中的应用

A scheme of investigating the intracellular metabolic fluxes in central metabolism of Saccharomyces cerevisiae based on isotope model and tracer experiment was developed. The metabolic model applied in this study includes the Embden-Meyerhof-Parnas pathway, the pentose phosphate pathway, the tricarboxylic acid cycle, CO2 anaplerotic reactions, ethanol and acetate formation, and pathways involved in amino acid synthesis. The approach of hybridized genetic algorithm combined with the sequential simplex technique was used to optimize a quadratic error function without the requirement of the information on the partial derivatives. The impact of some key parameters on the algorithm was studied. This approach was proved to be rapid and numerically stable in the analysis of the central metabolism of S.cerevisiae.     

超定系统的代谢通量分析算法研究

With the xanthan synthesis in Xanthomonas campestris as an example,two methods for metabilic flux analysis of overdetermined system,the experimental data error minimization method and the equation error minimization method,are compared from their mathematical basis,rationality of the results and the easiness of computation.The results show that the experimental data error minimization method is appropriate in metabolic flux analysis of overdetermined system.     

应用代谢通量法分析花生四烯酸的合成过程

代谢通量分布分析已经成为研究发酵过程特性的有效方法.今建立了花生四烯酸(AA)在高山被孢霉ME-1(Mortierella alpina ME-1)体内合成的代谢通量模型,求解不同氮源浓度下发酵各时期的碳流分布.充足氮源发酵时,指数生长期、减速期、稳定期流向AA的碳流分别占总碳流的3.28%,8.80%,6.97%.而通过限制性氮源发酵并在96 h补加0.05%的NaNO3成功地引导了发酵碳流迁移,将各时期流向AA的碳流提高至3.95%,19.21%,39.29%,并最终实现AA产量从1.3 g·L-1提高到3.5 g·L-1.这些结果表明限制性氮源发酵并在稳定期补加低浓度的氮源能显著提高AA产量.     

基因组改组及代谢通量分析在产核黄素Bacillus subtilis性能改进中的应用

综合应用基因组改组和DNA重组技术改进了核黄素生产菌B.subtilis 24/pMX45的性状,在B.subtilis染色体上整合和扩增了多个B.subtilis 24的核黄素操纵子拷贝,并经过两轮的基因组改组后筛得菌株B.subtilis RH33/pMX45,在以12%葡萄糖为碳源的分批发酵中,其核黄素产量约为B.subtilis 24/pMX45的2倍,并具有快速同化利用葡萄糖、生长迅速、可形成感受态和进行基因整合、扩增等优良性状.随后比较分析了三株产核黄素B.subtilis在间歇培养条件下的代谢通量分布,通量分析和实验结果表明,B.subtilis RH33/pMX45中核黄素合成的主要通量限制因素存在于从5-磷酸核酮糖到GTP的一系列反应中.     

通过通量平衡分析计算经验和真实维持系数

The stoichiometric matrix of a simplified metabolic network in Bacillus Subtillis was contructed from the flux balance equations, which were used for reconciliation of the measured rates and determination of the inner metabolic rates. Thus more reliable results of the true and empirical maintenance coefficients were obtained. The true maintenance coefficient is linearly related to the specific growth rate and changes with the P/O ratiol. The neasured biomass yield of adenosine triphosphate (ATP) is also linearly related to the P/O ratio.     

代谢工程在生物丁醇生产中的应用及研究进展

传统的丁醇发酵由于其产量和产率都较低,制约了生物丁醇的发展。代谢工程以系统生物学为基础,为生物丁醇生产菌种的改造提供了合理的依据。介绍了丁醇发酵的菌种与丁醇的生物合成途径,综述了代谢工程方法在生物丁醇生产中的应用及其最新研究进展,并对其应用前景进行了展望。     

利用基元模式分析酿酒酵母的葡萄糖厌氧发酵过程以提高乙醇产量

Elementary flux mode （EFM） analysis was used in the metabolic analysis of central carbon metabolism in Saccharomyces cerevisiae based on constructed cellular network. Calculated from the metabolic model, the ethanol-producing pathway No. 37 furthest converts the substrate into ethanol among the 78 elementary flux modes. The in silico metabolic phenotypes predicted based on this analysis fit well with the fermentation performance of the engineered strains, KAM3 and KAMll, which confirmed that EFM analysis is valid to direct the construction of Saccharomyces cerevisiae engineered strains, to increase the ethanol yield.     

代谢工程的发展现状和未来

代谢工程采用基因工程技术对细胞内的代谢通量进行重新设计，该文讨论了代谢工程的发展以及三种主要的定量分析方法，并提出了需要进一步深入研究的问题及生化工作者应在代谢工程研究中作出的贡献。     

两株Klebsiella pneumoniae菌发酵生产2,3-丁二醇的比较

对两株克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)批式流加发酵生产2,3-丁二醇进行了研究,结果表明,K. pneumoniae CICC 10011代谢产生的各种有机酸和乙醇浓度均明显低于K. pneumoniae DSM 2026,发酵56 h,目标产物(2,3-丁二醇+乙偶姻)浓度为85.61 g/L,生产强度为1.53 g/(L×h),葡萄糖质量转化率为45%. 对2株克雷伯氏菌发酵的代谢流量分析表明,K. pneumoniae CICC 10011是生产2,3-丁二醇的优良菌株.