Введение
Биохимическое превращение шести углеродных сахаров в кислоты в бактериях jpg diosthumb dios300px diosright diosThe смешанный кислотный ферментационный путь в E. coli. Смесь конечных продуктов, полученных при смешанной кислотной ферментации, включает лактат, ацетат, сукцинат, формат, этанол и газы H2 и CO2. Формирование этих конечных продуктов зависит от наличия в бактерии определенных ключевых ферментов. Пропорция, в которой они образуются, варьируется в зависимости от разных видов бактерий. Смешанный кислотный путь ферментации отличается от других путей ферментации, которые производят меньше конечных продуктов в фиксированных количествах. Конечные продукты смешанной кислотной ферментации могут иметь много полезных применений в биотехнологии и промышленности. Например, этанол широко используется в качестве биотоплива. Поэтому в лаборатории было проведено метаболическое проектирование нескольких штаммов бактерий для увеличения индивидуальной доходности некоторых конечных продуктов. Это исследование проводилось в основном на бактериях кишечной палочки и продолжается. Различные вариации смешанной кислотной ферментации встречаются у ряда бактериальных видов, включая бактериальные патогены, такие как Haemophilus influenzae, где в основном вырабатываются ацетат и сукцинат, а лактат может служить субстратом роста.
[[File:Mixed Acid Fermentation in E. coli. jpg|thumb|300px|right|The mixed acid fermentation pathway in E. coli. The mixture of end products produced by mixed acid fermentation includes lactate, acetate, succinate, formate, ethanol and the gases |H2 and |CO2. The formation of these end products depends on the presence of certain key enzymes in the bacterium. The proportion in which they are formed varies between different bacterial species. The mixed acid fermentation pathway differs from other fermentation pathways, which produce fewer end products in fixed amounts. The end products of mixed acid fermentation can have many useful applications in biotechnology and industry. For instance, ethanol is widely used as a biofuel. Therefore, multiple bacterial strains have been metabolically engineered in the laboratory to increase the individual yields of certain end products. This research has been carried out primarily in E. coli and is ongoing. Variations of mixed acid fermentation occur in a number of bacterial species, including bacterial pathogens such as Haemophilus influenzae where mostly acetate and succinate are produced and lactate can serve as a growth substrate.
Формирование водорода и углекислого газа
Формат может быть преобразован в газообразный водород и углекислый газ в E. coli. Для этой реакции требуется фермент формат водородной лиазы. Он может быть использован для предотвращения того, чтобы условия внутри клетки стали слишком кислыми. Если процесс ферментации уже состоялся, смесь кислот, полученная в результате, сделает раствор очень кислым и вызовет красный цвет. Метолический красный тест относится к группе, известной как IMViC-тесты.
Метаболическая инженерия
Несколько штаммов бактерий были метаболически модифицированы для увеличения индивидуальной доходности конечных продуктов, образующихся при смешанной кислотной ферментации. Например, были разработаны штаммы для увеличения производства этанола, лактата, сукцината и ацетата из-за полезности этих продуктов в биотехнологии.
Для производства ацетата
Штамм E. coli W3110 был генетически модифицирован для получения 2 молей ацетата на каждый 1 моль глюкозы, которая подвергается ферментации. Это называется гомоацетатным путем.
Для производства лактата
Лактат может быть использован для производства биопластика, называемого полилактической кислотой (ПЛА). Свойства ПЛК зависят от соотношения двух оптических изомеров лактата (D лактата и L лактата). D-лактат получают при смешанной кислотной ферментации в E. coli. В ранних экспериментах штамм E. coli RR1 был спроектирован для получения одного из двух оптических изомеров лактата. Позже эксперименты модифицировали штамм E. coli KO11, первоначально разработанный для повышения производства этанола. Ученым удалось увеличить урожайность D-лактата от ферментации путем выполнения нескольких делеций.
Для производства сукцинатов
Увеличение выхода сукцината от смешанной кислотной ферментации сначала было сделано путем переэкспрессии фермента PEP карбоксилазы. Это привело к получению сукцинатов, которые были примерно в 3 раза больше, чем обычно. Затем последовало несколько экспериментов, использующих аналогичный подход. Альтернативные подходы изменили окислительно-восстановительный и АТФ баланс для оптимизации выхода сукцинатов.