二氧化碳浓度调控醋酸梭菌合成气发酵的转录组学解析与代谢优化策略

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：CO2 availability shapes acetate and ethanol production in Clostridium aceticum: a transcriptomics-guided study

【字体：大中小】 时间：2026年10月19日 来源：Biotechnology for Biofuels and Bioproducts 6.0

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　　摘要背景醋酸梭菌（Clostridium aceticum）是一种利用伍德-朗格达尔途径（WLP）的产乙酸菌模式菌株，为将富二氧化碳合成气转化为高附加值生物燃料提供了前景广阔的微生物平台。结果本研究系统考察了不同二氧化碳浓度对醋酸梭菌发酵动力学和全局转录响应的影响。乙酸产量随

摘要

背景

醋酸梭菌（Clostridium aceticum）是一种利用伍德-朗格达尔途径（WLP）的产乙酸菌模式菌株，为将富二氧化碳合成气转化为高附加值生物燃料提供了前景广阔的微生物平台。

结果

本研究系统考察了不同二氧化碳浓度对醋酸梭菌发酵动力学和全局转录响应的影响。乙酸产量随二氧化碳浓度升高而稳步增加，在45%二氧化碳条件下达到12.3 g/L，而乙醇积累量在25%二氧化碳时达到峰值，提示酸与醇形成之间存在代谢权衡。升高的二氧化碳浓度增强了生物质形成和产物滴度，但加速了酸化过程，从而在极高浓度下限制了细胞生长。比较转录组学分析发现246个差异表达基因，其中关键二氧化碳固定基因（acsA1和fdhF）和乙醇生物合成基因（ald和adh）上调，而WLP中的ATP依赖步骤（如fhs）被抑制，反映了内在的能量限制。值得注意的是，L-丝氨酸脱水酶和甲酸乙酰转移酶的上调表明丝氨酸代谢可能是生成乙酰辅酶A的替代途径，为WLP提供甲酸和二氧化碳以维持其运行。基于这些发现，外源补充L-丝氨酸使胞内ATP增加了1.95倍，并使乙酸和乙醇滴度分别提高了23.3%和12.5%。

结论

这些发现表明，二氧化碳可利用性是醋酸梭菌中碳通量和能量代谢的核心调控因素，并提出氨基酸补充是提高合成气发酵效率的实用策略。

背景

醋酸梭菌（Clostridium aceticum）是一种利用伍德-朗格达尔途径（WLP）的产乙酸菌模式菌株，为将富二氧化碳合成气转化为高附加值生物燃料提供了前景广阔的微生物平台。

结果

本研究系统考察了不同二氧化碳浓度对醋酸梭菌发酵动力学和全局转录响应的影响。乙酸产量随二氧化碳浓度升高而稳步增加，在45%二氧化碳条件下达到12.3 g/L，而乙醇积累量在25%二氧化碳时达到峰值，提示酸与醇形成之间存在代谢权衡。升高的二氧化碳浓度增强了生物质形成和产物滴度，但加速了酸化过程，从而在极高浓度下限制了细胞生长。比较转录组学分析发现246个差异表达基因，其中关键二氧化碳固定基因（acsA1和fdhF）和乙醇生物合成基因（ald和adh）上调，而WLP中的ATP依赖步骤（如fhs）被抑制，反映了内在的能量限制。值得注意的是，L-丝氨酸脱水酶和甲酸乙酰转移酶的上调表明丝氨酸代谢可能是生成乙酰辅酶A的替代途径，为WLP提供甲酸和二氧化碳以维持其运行。基于这些发现，外源补充L-丝氨酸使胞内ATP增加了1.95倍，并使乙酸和乙醇滴度分别提高了23.3%和12.5%。