强化策略富集混合微生物群落实现合成气驱动链延长产丁酸

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Butyrate production from the simultaneous utilization of carbon monoxide and acetate in Eubacterium-dominated enrichments

　　

摘要

通过自养产乙酸菌和链延长菌的联合作用，可以将合成气转化为羧酸。富含这些功能群的混合培养物可作为生物基生产的强大且有韧性的催化剂，但开发高效且稳定的群落仍具有挑战性。在本研究中，我们旨在富集一种混合微生物培养物，利用一氧化碳（CO）和乙酸盐作为底物进行高效的合成气驱动链延长。采用了三种策略：(i) 仅使用厌氧污泥进行常规富集，(ii) 用已知的合成气发酵菌（Clostridium autoethanogenum、Clostridium carboxidivorans、Eubacterium limosum和Acetobacterium wieringae）强化污泥以增强羧基营养活性，(iii) 用链延长菌Clostridium kluyveri强化污泥以刺激链延长。富集在分批培养中进行，通过连续转接逐步提高CO分压，直至达到100% CO（170 kPa）顶空。最终，所有富集培养物均在100% CO顶空下生长，同时利用CO和乙酸盐，以丁酸盐为主要产物。16S rRNA基因和宏基因组分析表明，Eubacterium成为优势菌属。若干未已知可发酵CO的属（Aminobacterium、Anaerotignum、Oscillibacter和Proteiniphilum）也得到了富集。基于生理学和宏基因组分析，我们推测Eubacterium消耗CO和乙酸盐，产生丁酸盐和胞外聚合物（EPS）类物质。宏基因组数据还表明，源自该EPS类物质的成分可作为其他富集菌属的底物。本研究表明，强化策略可以引导混合微生物群落朝目标产物形成方向发展，并强调了初始培养条件在塑造群落组成和功能方面的重要作用。

要点

• 在100% CO顶空条件下，混合培养物主要将CO和乙酸盐转化为丁酸盐。

• 向混合群落中添加产乙酸菌可缩短在CO存在下的延滞期。

• 宏基因组学表明微生物利用EPS类物质中的糖类和小分子代谢物。