通过共培养Acinetobacter baylyi ADP1和Lipomyces starkeyi Y-1389来评估木质纤维素水解物组分的消耗情况

《Archives of Microbiology》：Assessment of lignocellulose hydrolysate component consumption by co-culture of Acinetobacter baylyi ADP1 and Lipomyces starkeyi Y-1389

共培养Acinetobacter baylyi ADP1和Lipomyces starkeyi Y-1389可协同抑制木质素水解产物毒性，提升脂质产量并增强抗逆性，木糖醇更优于草本植物水解液。

　　

摘要

石油产品的主要用途之一是作为运输燃料，如汽油和柴油，其消耗对全球变暖有着显著贡献。能够在木质纤维素水解物上生长的产油微生物可以作为碳氢化合物燃料的可持续替代品。将两种产油微生物Acinetobacter baylyi ADP1和Lipomyces starkeyi Y-1389进行共培养，有可能克服它们各自的局限性：前者脂质产量相对较低，而后者则对木质素水解产物敏感。本研究探讨了L. starkeyi Y-1389单独培养或与A. baylyi ADP1共培养时产生脂质的能力，并特别研究了木质素衍生物抑制剂对此过程的影响。微生物在添加了糖类混合物（葡萄糖和木糖）和非糖类成分（乙酸、甲酸、糠醛、5-羟基甲基糠醛、对羟基苯甲醛、丁香醛和香草醛）的矿物培养基中生长，这些成分通常是在木质纤维素水解过程中产生的。实验表明，这两种微生物都能耐受一定水平的某些抑制剂：糠醛（酵母可耐受高达0.5克/升，细菌可耐受高达0.1克/升）、5-羟基甲基糠醛（两者均可耐受高达0.5克/升）、对羟基苯甲醛（细菌可耐受高达0.25克/升，酵母可耐受高达0.5克/升）、丁香醛（两者均可耐受高达0.5克/升）以及香草醛（酵母可耐受高达0.1克/升，细菌可耐受高达0.5克/升），而这些抑制剂通常具有抑制生长的作用。此外，甲酸和乙酸也是木质纤维素水解物的常见成分，它们会抑制A. baylyi ADP1的脂质产生，但不会影响L. starkeyi Y-1389的脂质生成。在144小时的发酵过程中，所有潜在的抑制剂以及乙酸和甲酸都被共培养的微生物完全消耗掉了。虽然共培养条件下的脂质含量（占干生物量的32–36%）与L. starkeyi Y-1389单培养的结果相当（32–40%），但在产量方面并未观察到显著优势，但共培养菌株对木质素衍生物抑制剂的耐受性更强。这表明A. baylyi ADP1能够有效净化培养基，从而在抑制性条件下表现出更好的整体性能。研究结果还表明，使用木质纤维素水解物时，A. baylyi ADP1和L. starkeyi Y-1389的共培养比使用草本植物水解物更有利于脂质的产生，说明在利用木质纤维素水解物进行生物技术开发时，共培养是一种更优的选择。我们的发现表明，尽管细菌占优势且乙酸和甲酸会抑制A. baylyi的脂质生成，但共培养方法仍然是生物技术生产脂质的一种有前景的策略，尤其是在利用木质纤维素水解物时，值得进一步研究以优化这些微生物菌群的组合。

石油产品的主要用途之一是作为运输燃料，例如汽油和柴油，它们的消耗对全球变暖有显著影响。能够在木质纤维素水解物上生长的产油微生物可以作为碳氢化合物燃料的可持续替代品。将两种产油微生物Acinetobacter baylyi ADP1和Lipomyces starkeyi Y-1389进行共培养，有可能克服它们各自的局限性：前者脂质产量较低，而后者对木质素水解产物敏感。本研究探讨了L. starkeyi Y-1389单独培养或与A. baylyi ADP1共培养时产生脂质的能力，并特别研究了木质素衍生物抑制剂对此过程的影响。微生物在添加了糖类混合物（葡萄糖和木糖）和非糖类成分（乙酸、甲酸、糠醛、5-羟基甲基糠醛、对羟基苯甲醛、丁香醛和香草醛）的矿物培养基中生长，这些成分通常是在木质纤维素水解过程中产生的。实验表明，这两种微生物都能耐受一定水平的某些抑制剂：糠醛（酵母可耐受高达0.5克/升，细菌可耐受高达0.1克/升）、5-羟基甲基糠醛（两者均可耐受高达0.5克/升）、对羟基苯甲醛（细菌可耐受高达0.25克/升，酵母可耐受高达0.5克/升）、丁香醛（两者均可耐受高达0.5克/升）以及香草醛（酵母可耐受高达0.1克/升，细菌可耐受高达0.5克/升），而这些抑制剂通常具有抑制生长的作用。此外，甲酸和乙酸也是木质纤维素水解物的常见成分，它们会抑制A. baylyi ADP1的脂质产生，但不会影响L. starkeyi Y-1389的脂质生成。在144小时的发酵过程中，所有潜在的抑制剂以及乙酸和甲酸都被共培养的微生物完全消耗掉了。虽然共培养条件下的脂质含量（占干生物量的32–36%）与L. starkeyi Y-1389单培养的结果相当（32–40%），但在产量方面并未观察到显著优势，但共培养菌株对木质素衍生物抑制剂的耐受性更强。这表明A. baylyi ADP1能够有效净化培养基，从而在抑制性条件下表现出更好的整体性能。研究结果还表明，使用木质纤维素水解物时，A. baylyi ADP1和L. starkeyi Y-1389的共培养比使用草本植物水解物更有利于脂质的产生，说明在利用木质纤维素水解物进行生物技术开发时，共培养是一个更好的选择。我们的发现表明，尽管细菌占优势且乙酸和甲酸会抑制A. baylyi的脂质生成，但共培养方法仍然是生物技术生产脂质的一种有前景的策略，尤其是在利用木质纤维素水解物时，值得进一步研究以优化这些微生物菌群的组合。