Ectoine 减轻了 Halalkalibacterium ligniniphilum L1 的压力，并提高了该菌将木质素转化为香兰素的效率

《ChemSusChem》：Ectoine Mitigates Stress and Enhances Lignin to Vanillin Bioconversion in Halalkalibacterium ligniniphilum L1

　　

摘要

工程化的微生物系统为将木质素转化为高附加值的芳香族化合物提供了一条途径，然而木质素衍生的中间体具有细胞毒性，并会抑制生长和代谢流。在这里，我们发现 ectoine（一种相容的溶质）可以减轻 Halalkalibacterium ligniniphilum L1 中由木质素引起的应激，并提高生物转化性能。在 0.1?g L^?1 的浓度下，ectoine 减少了表面损伤，将化学需氧量（COD）的去除率从约 40% 提高到约 55%，并在 7 天内将脱色效果从约 25% 提高到约 48%–50%。使用表达 L1 衍生酶的重组 Escherichia coli 的粗提取物进行的实验表明，ectoine 可使生物体的 pH 值和温度操作范围更广，固定时间内的底物转化率提高了 12.3%，并且可测量的酶活性随时间的保持能力也得到了改善。转录组分析鉴定了 24 个差异表达基因（9 个上调，15 个下调；假发现率（FDR）< 0.05，|log₂ 倍变化（log₂?FC）| ≥ 1），这表明其作用是局部的而非全局性的。ectoine 诱导的变化与膜/包膜相关功能、转运过程以及氧化还原酶相关过程有关，而与运动性和一般应激相关的程序则有所减弱。在 5 升的生物反应器中，当木质素浓度为 20–40?g L^?1 时，ectoine 使香兰素的产量增加了 13.9%–23.0%。这些结果支持 ectoine 作为应激条件下木质素生物转化的添加剂。

图形摘要

低剂量ectoine 通过减轻细胞应激并保持 Halalkalibacterium ligniniphilum L1 中酶的相关功能活性，从而提高了木质素的生物转化效率。这种生理稳定性的提升增强了在富含木质素条件下的 COD 去除率、脱色效果和香兰素的产量。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据包含在支持信息中，包括处理后的转录组数据集、基因表达矩阵和差异表达结果。如需更多数据和支持材料，可向通讯作者提出合理请求。