通气条件对肺炎克雷伯菌1,3-丙二醇合成的代谢组学调控机制解析

为解决高通气抑制1,3-丙二醇合成的机制问题，研究人员通过非靶向代谢组学分析肺炎克雷伯菌在不同通气速率（0 vs 6 L/min）发酵12-48小时的代谢变化。发现高通气初期通过下调2-氧代羧酸代谢促进能量生成，但NAD+/NADH转化受阻；中期嘌呤代谢上调提示高氧环境代谢失衡，后期酪氨酸代谢产物3,4-二羟基苯丙氨酸和5,6-二羟基吲哚-2-羧酸盐上调增强细胞抗氧化能力。该研究为优化微生物发酵工艺提供理论依据。

　　肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）作为高效合成1,3-丙二醇（1,3-PDO）的明星菌株，其发酵过程却受通气条件显著调控。研究发现：当通气速率从0 L/min（对照组）提升至6 L/min（实验组）时，菌体生长加速但1,3-PDO产量反而下降。通过采集12/24/48小时发酵样本进行非靶向代谢组学分析，揭示了三阶段代谢重编程——发酵初期，2-氧代羧酸代谢下调驱动高通气组能量爆发；同时烟酸/烟酰胺代谢异常导致NAD⁺与NADH转化卡壳，如同"能量货币兑换机"故障。发酵中期，嘌呤代谢通路集体"亮红灯"，暗示持续高氧环境干扰核苷酸稳态。到了后期，酪氨酸代谢产物3,4-二羟基苯丙氨酸和5,6-二羟基吲哚-2-羧酸盐异军突起，宛如细胞自备的"抗氧化护甲"。这项研究首次绘制了通气条件驱动的代谢路线图，为微生物细胞工厂的精准调控提供了新靶点。