AcetobacterxylinumNUST4.2的代谢网络构建及通量计算(2)

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3 结果与讨论 9

3.1 葡萄糖酸标准曲线绘制 9

3.2 总酸标准曲线绘制 10

3.3 Acetobacter xylinum NUST4.2代谢网络构建 11

3.4 代谢通量计算原理 13

3.5 摇瓶代谢通量计算 17

3.5.1 摇瓶代谢通量计算 17

3.5.2 摇瓶代谢通量分析 19

3.5.3 摇瓶节点代谢通量分析 22

3.6 发酵罐代谢通量计算 24

3.6.1 发酵罐代谢通量计算 24

3.6.2 发酵罐代谢通量分析 26

3.6.3 发酵罐节点代谢通量分析 29

结论 30

致谢 30

参考文献 31

1 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

纤维素( cellulose )是地球上含量最多的天然高分子聚合物，大量存在于棉花、树木、大麻以及其他植物基材料，一些藻类、被囊动物和细菌同样可以产纤维素。纤维素应用广泛，例如造纸、纺织、化妆品、膜材料、食品及医用生物材料等领域。

目前众多领域所用纤维素主要来自植物纤维素( plant cellulose, PC) 和细菌纤维素。从分子组成上比较，PC与BC都是由D-吡喃型葡萄糖为重复单元，通过β-1,4-糖苷键连接起来形成的无分支线形高分子化合物，分子通式为(C6H10O5)n。由于合成细胞的分子生物学及胞外环境的差异，植物纤维素与细菌纤维素具有不同的聚合度和堆积态结构[1]。与PC相比，BC纯度更高，聚合度高和结晶度也高，所以细菌纤维素具有更优良的性能。BC具有超细的三维网状结构，纤维丝带的宽度约为70-80nm，是最细的合成纤维直径的十分之一，是植物纤维的1/1000-1/100，显示出一定的纳米一维材料优异性[2]。

细菌纤维素主要由醋杆菌属（Acetobacter）、无色杆菌属（Achromobacter）、气杆菌属（Aerobacter）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、产碱杆菌属（Alcaligenes）、假单胞杆菌属（Pseudomonas）、根瘤菌属（Rhizobium）、八叠球菌属（Sarcina）、动胶菌属（Zoogloea）等微生物合成[3-7]。

代谢工程就是对微生物的代谢网络进行定量分析，也就是代谢通量分析。通过实验确定胞内各生化反应的化学计量系数，并通过测定胞外相关物质浓度变化，进而计算出胞内各方向上的流量分配，在此基础上对特定代谢途径进行改造（代谢网络重建），建立最有益于目的产物生产的代谢网络。各代谢物流量分配发生变化的主要原因是遗传因素和环境因素的扰动，通过对代谢网络分析，确定代谢节点，然后利用代谢手段针对柔性节点进行改造，对菌种进行选育筛选，获得优良菌株。

本课题主要进行产纤维素木醋杆菌Acetobacter xylinum NUST4.2（本实验室保藏）代谢网络构建和代谢通量分析，依据代谢网络中的各路径、中心碳代谢平衡以及细胞合成过程对前体物的需求，同时应用Matlab软件进行线性规划，计算并比较Acetobacter xylinum NUST4.2在摇瓶培养和发酵罐发酵各时间段的代谢通量分布，通过对细菌利用碳源路径的了解，为后期的代谢调控奠定基础，以期实现BC的工业化生产。论文网