脱窒による嫌気性高密度培養の必須条件：技術的および生理学的観点

科学分野:

• バイオテクノロジー
• 微生物工学
• 持続可能な食料生産

背景:

• 単細胞タンパク質（SCP）は、食品および飼料のための伝統的な農業に代わる持続可能な選択肢を提供します。
• 高密度培養（HCDC）は、効率的なSCP生産に不可欠ですが、好気性システムでは酸素制限に直面します。
• 酸素制限を克服するために、硝酸塩を電子受容体とし、脱窒によるアルカリ化を利用する嫌気性戦略が提案されました。

研究 の 目的:

• SCP生産のための脱窒を用いた嫌気性HCDCの実現可能性を評価し、限界を特定すること。
• このシステムにおける高密度培養での増殖速度を制約する要因を調査すること。
• 嫌気性SCP生産を最適化するための洞察を提供すること。

主な方法:

• 3Lの流加培養バイオリアクターで、Paracoccus denitrificansおよびParacoccus pantotrophusを利用しました。
• 基質供給のために、脱窒によるアルカリ化を利用するpHスタットシステムを採用しました。
• 増殖制約を分析するために、in vivoおよびin silico実験を実施しました。
• 阻害性化合物を特定するために、小規模バッチバイオアッセイを実施しました。

主要な成果:

• 乾重量60 g/Lまで、タンパク質含有量75%までのバイオマス濃度を達成しました。
• 低密度培養と比較して、高密度培養で著しく低い増殖速度を観察しました。
• 相互作用する制約として、支配的なCO2-pHラグ、混合限界、および亜硝​​酸塩毒性を特定しました。
• CO2-pHラグを軽減するためにpH設定値を下げることで、亜硝​​酸塩毒性が激化することを示しました。

結論:

• 脱窒による嫌気性HCDCは、高品質のSCPバイオマスを生産するための実行可能な方法です。
• 混合不良と亜硝​​酸塩毒性によって悪化するCO2-pHラグは、競争力のある生産速度に対する主な障壁です。
• 将来の研究では、混合とガス除去の改善のためのリアクター工学、およびストレス耐性の向上を目的とした株開発に焦点を当てるべきです。