Name: production of chemicals by klebsiella pneumoniae using bamboo hydrolysate as feedstock
Uploaded: 2017-06-29T14:00:00
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Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione Nazionale di Scienze Naturali della Cina (n. 21576279, 20906076) e nel programma di iniziativa di ricerca KRIBB (KGM2211531).

1. Preparazione dell&#39;idrolizato di bambù <ol><li> Aggiungere 5 g di polvere di bambù a 40 ml di una soluzione di NaOH per ottenere una concentrazione finale del 10% (g / g) in un pallone da 250 ml. Utilizzare una serie di soluzioni NaOH che vanno da 0,05 M a 0,50 M in incrementi di 0,05 M. <ol><li> Incubare la miscela per 60 min a 60 ° C o 100 ° C in un bagno d&#39;acqua. Incubare a 121 ° C in un autoclave. </li></ol></li><li> Dopo l&#39;incubazione, lasciare la miscela per rimanere p...

<ol>
	<li>Zeng, A. P., Biebl, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+chemicals+from+biotechnology:+the+case+of+1,+3-propanediol+production+and+the+new+trends.">Bulk chemicals from biotechnology: the case of 1, 3-propanediol production and the new trends.</a> Adv Biochem Eng Biotechnol. 74, 239-259 (2002).</li><li>Wei, D., Wang, M., Jiang, B., Shi, J., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+dihydroxyacetone+kinases+I+and+II+in+the+dha+regulon+of+Klebsiella+pneumoniae.">Role of dihydroxyacetone kinases I and II in the dha regulon of Klebsiella pneumoniae.</a> J Biotechnol. 177, 13-19 (2014).</li><li>Celi&#324;ska, E., Grajek, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biotechnological+production+of+2,3-butanediol-current+state+and+prospects.">Biotechnological production of 2,3-butanediol-current state and prospects.</a> Biotechnol Adv. 27 (6), 715-725 (2009).</li><li>Chen, C., Wei, D., Shi, J., Wang, M., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+2,+3-butanediol+stereoisomer+formation+in+Klebsiella+pneumoniae.">Mechanism of 2, 3-butanediol stereoisomer formation in Klebsiella pneumoniae.</a> Appl Microbiol Biotechnol. 98 (10), 4603-4613 (2014).</li><li>Wei, D., Wang, M., Shi, J., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Red+recombinase+assisted+gene+replacement+in+Klebsiella+pneumoniae.">Red recombinase assisted gene replacement in Klebsiella pneumoniae.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (8), 1219-1226 (2012).</li><li>Wei, D., Sun, J., Shi, J., Liu, P., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+strategy+to+improve+efficiency+for+gene+replacement+in+Klebsiella+pneumoniae.">New strategy to improve efficiency for gene replacement in Klebsiella pneumoniae.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (5), 523-527 (2013).</li><li>Chen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+RecBCD+in+Klebsiella+pneumoniae+by+Gam+and+its+effect+on+the+efficiency+of+gene+replacement.">Inhibition of RecBCD in Klebsiella pneumoniae by Gam and its effect on the efficiency of gene replacement.</a> J Basic Microbiol. 56 (2), 120-126 (2016).</li><li>Wang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=R-acetoin+accumulation+and+dissimilation+in+Klebsiella+pneumoniae.">R-acetoin accumulation and dissimilation in Klebsiella pneumoniae.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 42 (8), 1105-1115 (2015).</li><li>Wei, D., Xu, J., Sun, J., Shi, J., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2-Ketogluconic+acid+production+by+Klebsiella+pneumoniae+CGMCC+1.6366.">2-Ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae CGMCC 1.6366.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (6), 561-570 (2013).</li><li>Sun, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-stage+fermentation+for+2-ketogluconic+acid+production+by+Klebsiella+pneumoniae.">Two-stage fermentation for 2-ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae.</a> J Microbiol Biotechnol. 24 (6), 781-787 (2014).</li><li>Wang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gluconic+acid+production+by+gad+mutant+of+Klebsiella+pneumoniae.">Gluconic acid production by gad mutant of Klebsiella pneumoniae.</a> World J Microbiol Biotechnol. 32 (8), 1-11 (2016).</li><li>Wang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+xylonic+acid+by+Klebsiella+pneumoniae.">Production of xylonic acid by Klebsiella pneumoniae.</a> Appl Microbiol Biotechnol. 100 (23), 10055-10063 (2016).</li><li>Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J., Stroeve, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+for+efficient+hydrolysis+and+biofuel+production.">Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production.</a> Ind Eng Chem Res. 48 (8), 3713-3729 (2009).</li><li>Brisse, S., Grimont, F., Grimont, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genus+Klebsiella.">The genus Klebsiella.</a> The Prokaryotes. , 159-196 (2006).</li><li>Hao, J., Lin, R., Zheng, Z., Liu, H., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+characterization+of+microorganisms+able+to+produce+1,+3-propanediol+under+aerobic+conditions.">Isolation and characterization of microorganisms able to produce 1, 3-propanediol under aerobic conditions.</a> World J Microbiol Biotechnol. 24 (9), 1731-1740 (2008).</li><li>Hong, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+alkaline+pretreatment+on+corn+stover+for+enhanced+production+of+1.3-propanediol+and+2,+3-butanediol+by+Klebsiella+pneumoniae+AJ4.">Optimization of alkaline pretreatment on corn stover for enhanced production of 1.3-propanediol and 2, 3-butanediol by Klebsiella pneumoniae AJ4.</a> Biomass Bioenerg. 77, 177-185 (2015).</li><li>Pienkos, P. T., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+pretreatment+and+conditioning+processes+on+toxicity+of+lignocellulosic+biomass+hydrolysates.">Role of pretreatment and conditioning processes on toxicity of lignocellulosic biomass hydrolysates.</a> Cellulose. 16 (4), 743-762 (2009).</li></ol>

K. pneumoniae appartiene al genere Klebsiella nella famiglia Enterobacteriaceae . K. pneumoniae è ampiamente distribuito in ambienti naturali quali il suolo, la vegetazione e l&#39;acqua 14 . Il ceppo tipo K. pneumoniae utilizzato in questa ricerca è stato isolato dal suolo e viene utilizzato per la produzione di 1,3-propandiolo 15 . K. pneumoniae e mutanti di questa specie producono molte sostanze chimiche in condizi...

Klebsiella pneumoniae è un batterio che cresce bene sia in condizioni aerobiche sia anaerobiche. K. pneumoniae è un importante microrganismo industriale utilizzato per produrre molte sostanze chimiche. 1,3-propandiolo è una preziosa sostanza chimica che viene utilizzata principalmente come monomero per sintetizzare polytrimetilene tereftalato. Polytrimetilene tereftalato è un poliestere biodegradabile che presenta proprietà migliori di quelle di 1,2-propandiolo, butanediolo o etilene glicole 1 . 1,3-propandiolo è prodotto da K. pneumoniae utilizzando glicerolo come substrato nelle condizioni limitate all&#39;ossigeno 2 . 2,3-butanediol e suoi derivati ​​hanno applicazioni nel settore della plastica, della produzione di solventi e della gomma sintetica e hanno il potenziale per essere utilizzati come biocarburanti 3 . Con il glucosio come substrato, il 2,3-butanediolo è il principale metabolita del ceppo 4 selvatico. 2,3-butandiolo è sintetizzatoDal piruvato. Innanzitutto, due molecole di piruvato si condensano per produrre α-acetolattato; Questa reazione è catalizzata da α-acetolattato sintetasi. L&#39;α-acetolattato viene quindi convertito in acetone mediante α-acetolattato decarbossilasi. R- acetone può essere ulteriormente ridotto a 2,3-butandiolo quando catalizzato da butanediol deidrogenasi. È stato esplorato un metodo efficace di sostituzione del gene idoneo a K. pneumoniae e sono stati costruiti molti mutanti 5 , 6 , 7 . Un mutante budC , che ha perso la sua attività di 2,3-butanediol deidrogenasi, accumula elevati livelli di acetoina nel brodo di coltura. Acetoina viene utilizzato come additivo per migliorare il sapore del cibo 8 . Quando budA , che codifica α-acetolattato decarbossilasi, viene mutato, l&#39;acido 2-ketogluconico si accumula nel brodo. L&#39;acido 2-ketogluconico viene usato per la sintesi dell&#39;acido eritorbico (acido isoascorbico), Un antiossidante utilizzato nell&#39;industria alimentare 9 . L&#39;acido 2-ketogluconico è un intermedio del percorso di ossidazione del glucosio; In questo percorso, localizzato nello spazio periplasmatico, il glucosio viene ossidato all&#39;acido gluconico e successivamente ossidato all&#39;acido 2-ketogluconico. L&#39;acido gluconico e l&#39;acido 2-ketogluconico prodotto nel periplasma possono essere trasportati al citoplasma per ulteriori metabolismo. L&#39;accumulo di acido 2-ketogluconico dipende da condizioni acide e un&#39;ulteriore integrazione dell&#39;aria favorisce la produzione di acido 2-ketogluconico 10 . La deidrogenasi di gluconato, codificata da gad , Catalizza la conversione dell&#39;acido gluconico nell&#39;acido 2-ketolguconico. Il mutante di K. pneumoniae produsse alti livelli di acido gluconico anziché acido 2-ketogluconico, e questo processo dipende anche da condizioni acide. L&#39;acido gluconico è un acido organico sfuso e viene utilizzato come additivo per aumentare le proprietà del cemento 11. L&#39;ossidazione del glucosio all&#39;acido gluconico è catalizzata dalla glucosio deidrogenasi. Xilosi è anche un substrato appropriato di glucosio deidrogenasi. Quando xilosi viene utilizzato come substrato, K. pneumoniae produce acido xilonico 12 . La produzione chimica che utilizza biomassa come materia prima è un argomento caldo in biotecnologia 13 . Le principali componenti della biomassa sono la cellulosa, l&#39;emicellulosa e la lignina. Tuttavia, questi composti macromolecolari non possono essere catabolizzati direttamente dalla maggior parte dei microrganismi (inclusi K. pneumoniae ). La cellulosa e le emicellulosi nella biomassa devono essere idrolizzate a glucosio e xilosio e possono quindi essere utilizzate dai microrganismi. La presenza di lignina nelle lignocellulose crea una barriera protettiva che impedisce l&#39;idrolizzazione della biomassa da parte degli enzimi. Pertanto, un processo di pretrattamento che elimina lignina e emicellulosi e riduce la cristallinità della cellulosa viene sempre effettuato durante l&#39;utilizzo della biomassa tramite microorganisms. Sono stati sviluppati molti metodi di pretrattamento: acidi, alcalini, ammoniaca e pretratti di vapore sono comuni. Il bambù è abbondante nelle regioni tropicali e subtropicali ed è un&#39;importante risorsa di biomassa. Qui viene presentata la preparazione di idrolizzato di bambù e produzione chimica mediante idrolisi di bambù

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="638">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">autoclave</td>
			<td style="width:136px;">SANYO</td>
			<td align="right" style="width:119px;">3780</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">bioreactor</td>
			<td style="width:136px;">Sartorius stedim biotech</td>
			<td style="width:119px;">Bostat Aplus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">agitator</td>
			<td style="width:136px;">IKA</td>
			<td style="width:119px;">RW 20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">water bath shaker</td>
			<td style="width:136px;">Zhicheng</td>
			<td style="width:119px;">ZWY-110X50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">high performance liquid chromatograph system</td>
			<td style="width:136px;">Shimadzu Corp</td>
			<td style="width:119px;">20AVP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">centrifuge</td>
			<td style="width:136px;">Hitachi</td>
			<td style="width:119px;">CR22G III</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Bamboo powder</td>
			<td style="width:136px;">purchased from Zhejiang Province, China</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>mesh number, 50</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">cellulase</td>
			<td style="width:136px;">Youtell Biochemical, Shandong, China</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>200 PFU/ml</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

production of chemicals by klebsiella pneumoniae using bamboo hydrolysate as feedstock

Il bambù è una biomassa importante e l&#39;idrolizzato di bambù viene utilizzato da Klebsiella pneumoniae come materia prima per la produzione chimica. Qui, la polvere di bambù è stata pretrattata con NaOH e lavata ad un pH neutro. Cellulasi è stata aggiunta alla polvere di bambù pretrattata per generare l&#39;idrolizzato, che conteneva 30 g / L di glucosio e 15 g / l di xilosi ed è stato utilizzato come fonte di carbonio per preparare un mezzo per la produzione chimica. Durante la coltura in condizioni microaerobiche, 12,7 g / l di 2,3-butandiolo è stato prodotto dalla selvaggina K. pneumoniae . In condizioni aerobiche, 13,0 g / L di R- acetone è stato prodotto dal mutante budC di K. pneumoniae . Una miscela di acido 25,5 g / l di 2-ketogluconico e 13,6 g / l di acido xilonico è stata prodotta dal mutante budA di K. pneumoniae in una fermentazione a due stadi a pH controllata con elevata supplementazione d&#39;aria. Nella prima fase della fermentazione, la coltura è stata mantenuta ad un pH neutro; Dopo la crescita cellulare, la fermentazioneN ha proceduto alla seconda fase, durante la quale la cultura è stata permessa di diventare acida.

In questo protocollo, il bambù è stato pretrattato con alcali. I parametri ottimali di incubazione, una temperatura di 121 ° C e 0,25 M NaOH, sono stati determinati nelle figure 1 e 2 . Il bambù pretrattato è stato idrolizzato enzimatico e sono state misurate le concentrazioni di glucosio e xilosi ottenute nell&#39;idrolizato. Le temperature più alte favoriscono la produzione di zucchero, quindi 121 ° C è stata scelta come temperatura ottimale. I...

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Production of Chemicals by Klebsiella pneumoniae Using Bamboo Hydrolysate as Feedstock

La polvere di bambù è stata pretrattata con NaOH e idrolizzata enzimaticamente. L&#39;idrolizzato di bambù è stato utilizzato come materia prima per la produzione di 2,3-butanediol, R -acetato, acido 2-ketogluconico e acido xilonico da Klebsiella pneumoniae .

Produzione di sostanze chimiche da parte di<em&gt; Klebsiella pneumoniae</em&gt; Uso di idrolizzato di bambù come alimentazione

Bamboo is an important biomass, and bamboo hydrolysate is used by Klebsiella pneumoniae as a feedstock for chemical production. Here, bamboo powder was ...

Research

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Bioengineering

Production of Chemicals by Klebsiella pneumoniae Using Bamboo Hydrolysate as Feedstock

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