ATP生物传感器揭示了微生物的能量动态,并促进了生物生产
Xinyue Mu1, Trent D Evans1, Fuzhong Zhang2,3,4
1Department of Energy Environmental and Chemical Engineering, Washington University in St. Louis, Saint Louis, MO, 63130, USA.
Nature communications
|June 21, 2024
概括
了解细胞内腺-5'-三酸盐 (ATP) 动态,揭示了促进微生物生物生产的新方法. 特定的碳来源和生长阶段可以提高ATP水平,从而增加脂肪酸和多基酸盐等有价值化合物的产生.
科学领域:
- 代谢工程和合成生物学
- 微生物生物技术 微生物生物技术
- 细胞能量学 细胞能量学
背景情况:
- 氨酸-5'-三酸盐 (ATP) 是细胞中的中心能量货币,对代谢活动和生物合成至关重要.
- 细胞内ATP动态在微生物生物生产中的作用及其增强策略尚不清楚.
- 优化ATP水平可以显著提高生产有价值的生物材料和化学品的效率.
研究的目的:
- 研究细胞内ATP动态对不同微生物菌株和条件的生物生产的影响.
- 确定影响ATP水平并与产品形成相关的特定生长阶段和碳来源.
- 利用ATP动态作为一种诊断工具,用于代谢负担评估和生物生产优化.
主要方法:
- 利用一种新的ATP生物传感器实时监测细胞内ATP动态.
- 分析了ATP在各种生长阶段 (指数式,静止式) 和不同碳来源 (乙酸盐,油酸盐) 的波动.
- 量化了关键生物分子的产生,如脂肪酸 (FA) 和多基酸盐 (PHA),与ATP水平相关.
- 评估了使用ATP动态的利蒙生物生产中的代谢负担和确定了瓶.
主要成果:
- 在从指数增长到静止增长阶段的过渡过程中观察到过渡性ATP积累.
- 相关的ATP积累与埃舍里希亚大肠杆菌中脂肪酸的产量增加和 Pseudomonas putida 中的多糖酸盐.
- 确定了乙酸盐 (对于大肠杆菌) 和酸盐 (对于P. putida) 作为碳来源,可以提高稳定状态ATP水平并增强FA/PHA的产生.
- 证明了ATP动态在诊断限制利蒙生物生产的代谢瓶方面的实用性.
结论:
- 细胞内ATP动态与微生物生物生产的效率密切相关.
- 特定的碳来源和生长阶段过渡可以被操纵以优化ATP水平以提高有价值化合物的生产.
- ATP动态作为评估代谢负担和指导改善生物生产的代谢工程策略的有价值指标.
