江南大学徐建中团队的最新研究成果
在SMAB正式上线
原文链接
https://link.springer.com/article/10.1007/s43393-023-00157-4
一株高效生产MK-7的解淀粉芽孢杆菌Ba-4被成功选育。作者首先通过ARTP诱变并结合结构类似物抗性筛选获得多种遗传特征突变株，之后通过原生质体融合将多种优良遗传性状进行整合，最后通过单因素和响应面法优化摇瓶发酵培养基成分，使菌株Ba-4的MK-7合成能力相比出发菌株得到大幅提升。这些结果证明了组合运用菌种改良策略和培养基优化策略在提高解淀粉芽孢杆菌MK-7合成能力方面的有效性，同时为其它微生物生产性能的改进和发酵过程控制提供了一定参考价值。
研究背景
MK-7，又称七烯甲萘醌，是维生素K2的其中一种亚型，其结构由一个甲基萘醌环和其C-3位上的7个异戊二烯单元相连而成，也是人体维持正常生理代谢活动所必需的一种脂溶性物质。MK-7在预防骨质疏松症、心脑血管疾病和癌症等方面具有很好的效果，因此具有极广阔的应用价值和前景。近来，通过微生物发酵生产MK-7的研究受到广泛关注，其中芽孢杆菌类被认为是最具有MK-7生产潜力的优势菌株。因此，研究以实验室保藏的一株具有MK-7生产潜力的解淀粉芽孢杆菌为研究对象，通过菌株生产性能的提升和培养基成分优化两种策略，以期选育出高效生产MK-7的重组菌株。
科学发现
作者结合解淀粉芽孢杆菌中MK-7合成路径，首先通过第一轮ARTP诱变和原生质体融合选育得到一株具有磺胺胍、1-羟基-2-萘甲酸和甲萘醌抗性的突变株Ba-2，使得该菌的MK-7合成能力较出发菌株大幅提升。紧接着以Ba-2为出发菌株进行第二轮ARTP诱变和原生质体融合选育得到一株β-氟丙酮酸敏感、2-脱氧-D-葡萄糖和利福平抗性突变株Ba-4。该菌在摇瓶中发酵6天的MK-7产量达到了73.57±1.61 mg/L，相比最原始出发菌株H.β.D.R.-5的产量提升了1.36倍。之后通过单因素和响应面法优化摇瓶发酵培养基成分，发现大豆蛋白胨、甘油和Tween-80对于菌株Ba-4生产MK-7具有重要作用；最终使得该菌在最优条件下发酵6天的MK-7产量达到了95.03±1.01 mg/L，相比初始培养条件下提升了0.29倍。
图一 解淀粉芽孢杆菌中MK-7合成路径
图二 不同遗传标记的亲本菌株和突变菌株中MK-7的产量
总结展望
在本研究中，作者通过传统育种方式进行解淀粉芽孢杆菌中MK-7生产性能的提升，以MK-7合成路径为参考，采用随机突变和原生质体融合选育同时具有多种优良遗传标记的高产重组菌株；然后又对摇瓶发酵培养基成分进行优化，找出适合菌株发酵生产的最佳碳氮源和其它营养物质，进一步提升了菌株的MK-7合成能力。这些结果和方法为其它非模式菌株中次级代谢产物生产能力的提升提供了一定的参考价值。
引用方式
李昌隆，江南大学生物工程学院20级硕士，发酵工程（专硕）专业。
徐建中、博士、江南大学生物工程学院副教授。研究领域为应用生物技术。在Critical Reviews in Biotechnology、ACS Synthetic Biology、Biotechnology and Bioengineering、Applied Microbiology and Biotechnology、生物工程学报等国内外生物工程类主流期刊上以第一作者或(共)通讯作者发表研究论文60余篇，申请国家发明专利20余项(授权5项)，合作主编教材《氨基酸生产技术及其应用》(第二版)1项和参编教材《氨基酸工艺学》(第二版)1项。担任学术期刊《轻工学报》论文评审专家以及《Scientific Reports》编委。
Systems Microbiology and Biomanufacturing(系统微生物学与生物制造，简称SMAB，ISSN：2662-7655) 是由江南大学与Springer Nature出版集团合作主办的英文期刊。期刊SMAB致力于为工业微生物与生物制造过程领域的新发现、新方法和新技术提供报道的平台，江南大学副校长徐岩教授担任主编，Bioresource Technology期刊主编Ashok Pandey教授担任期刊首席顾问，更多内容详见期刊主页。
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