基于实验设计策略构建合成微生物群落以提高细菌纤维素产量

《Applied Microbiology and Biotechnology》：DOE-guided assembly and optimization of Synthetic Microbial Communities for bacterial cellulose production

　　

摘要

细菌纤维素（BC）是一种生物聚合物，在食品和生物医学领域具有广阔的应用前景。尽管醋酸菌（AAB）被认为是高产 BC 的菌株，但多种因素可能影响其产量，使得 BC 合成具有变异性且依赖于菌株。因此，提高 BC 产量的策略具有重要的实际意义。在本研究中，组装并测试了由醋酸菌（AAB）和/或乳酸菌（LAB）和/或酵母（Y）组成的 12 个合成微生物群落（SynComs），以提高 BC 产量。具体来说，实施了一种基于两种普拉特 - 伯曼设计（PBDs）和外切中心复合设计（CCC）的顺序化学计量策略，以构建和筛选 SynComs，并优化 BC 生产的培养条件。本研究使用的实验设计（DOE）方法使得能够识别出一个合适的 SynCom（包括 LAB 和 Y 作为辅助菌株），该 SynCom 在优化条件（50 g/L 葡萄糖，32°C，7 天）下达到了与最佳 BC 生产者（AAB 单培养Δgdh K2G30；BC 滴度 10.79?±?0.36 g/L）相当的 BC 滴度（10.40?±?0.40 g/L）。此外，优化水平与 CCC 回归模型预测的 BC 产量（10.53 g/L）一致。尽管需要进一步的代谢和种群动态分析来阐明群落成员中的作用和相互作用，但我们的结果为利用模型微生物联合体进行 BC 合成提供了新的视角，并强调了它们在开发未来更通用工艺方面的潜力。

关键点

• PBD 和 CCC 顺序设计对于 SynComs 的组装和优化是有益的

• SynComs 的组成显著影响 BC 产量

• 一些 SynComs 在 BC 生产方面比某些 AAB 单培养更有效