基于发酵优化与等离子体诱变提高短杆菌素产量及其高产机制研究

《Microbial Cell Factories》：Enhanced brevicidine production in Brevibacillus laterosporus by integrated fermentation and ARTP mutagenesis: mechanistic insights into the high?yield phenotype

　　

摘要

背景

Brevicidine（短杆菌素）是一种前景广阔的非核糖体抗菌肽，对革兰氏阴性病原菌具有强效活性，但其实际应用受限于天然产量低下，且对高产表型背后的生理基础认识不足。本研究建立了一种将发酵优化、常温常压等离子体诱变与机制分析相结合的综合策略，以提高811菌株中brevicidine的生产水平。

结果

单因素优化将brevicidine滴度提高至257.32 mg/L，随后通过Plackett–Burman设计和Box–Behnken设计进一步优化，将产量提升至326.05 mg/L。在摇瓶发酵中，采用温度转换策略并结合补充Tween-80，进一步将滴度提高至605.1 mg/L。与此同时，诱变筛选获得了一株稳定的高产突变体T3，其产量较野生型提高26.6%。比较基因组学鉴定出位于spoVB上游75 bp处的一处顺式调控突变。转录组学、定量逆转录PCR和透射电镜分析一致表明，突变体中spoVB的下调与孢子皮层形成受损相关，提示孢子形成相关发育受到抑制。在5 L生物反应器中进行补料分批发酵，结合温度转换、低残糖补料和pH调控，进一步将brevicidine产量提高至820 mg/L。

结论

本研究在工艺和菌株两个层面建立了提高brevicidine产量的综合路径，并提供了将孢子形成相关发育抑制与高产表型联系起来的机制证据。这些发现不仅加强了brevicidine的生产基础，也为其他非核糖体抗菌肽的开发与优化提供了有用的框架。