酿酒酵母生产达玛烯二醇及其中间代谢物的发酵条件优化

摘要

鲨烯、环氧化鲨烯和达玛烯二醇是重要的医药中间体，也是酿酒酵母合成人参皂苷等具有经济药用价值萜类化合物的前体。采用酿酒酵母生物合成鲨烯、环氧化鲨烯和达玛烯二醇的过程中，这些化合物的产量一般较低，通过发酵条件优化提高产量具有重要意义。
　　本文以酵母基因工程菌 W303-tHMGR、 W303-tHMGR-ERG1、W303-tHMGR-ERG20为研究对象，以鲨烯、环氧化鲨烯的产量为考核指标，考察基因tHMGR、ERG1及ERG20的强化对中间代谢物鲨烯、环氧化鲨烯产量的影响。以工程菌W303-tHMGR-ERG1、W303-tHMGR-ERG1-DS为研究对象，通过单因素实验、爬坡实验、Box-Behnken实验优化了摇瓶培养基；通过正交实验优化了摇瓶培养的条件；进行了5L发酵罐水平的间歇发酵及补料分批发酵，获得了发酵动力学模型。主要研究结果如下：
　　1．考察了基因tHMGR（3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶）、ERG1（鲨烯环氧酶）、ERG20（法尼基焦磷酸合成酶）的强化对酿酒酵母中间代谢物产量的影响。当基因强化时，中间代谢物鲨烯和环氧化鲨烯的合成量都在原来基础上有不同程度的提高。其中强化了基因 tHMGR、ERG1的工程菌W303-tHMGR-ERG1的鲨烯和环氧化鲨烯产量最高，分别为33.13mg/L和2.16mg/L，是野生型酿酒酵母的73.3倍、1.8倍。
　　2．以酿酒酵母基因工程菌 W303-tHMGR-ERG1、W303-tHMGR-ERG1-DS为研究对象，通过单因素实验、爬坡实验、Box-Behnken实验优化了发酵培养基，通过正交实验优化了摇瓶培养的条件，优化后的环氧化鲨烯产量为95.72mg/L，比初始产量提高了71.7％；达玛烯二醇产量为77.45mg/L，比初始产量提高16.2倍。
　　3．以工程菌W303-tHMGR-ERG1-DS为研究对象，进行了5L发酵罐的发酵实验。5L发酵罐的达玛烯二醇产量为75.47 mg/L，是摇瓶初始条件下的16.8倍。通过补料分批发酵，达玛烯二醇的产量达到了105.87 mg/L，是摇瓶初始条件下的23.5倍。通过发酵动力学模型的构建，揭示了发酵过程中底物消耗、菌体生长和产物合成的变化。

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第一章 文献综述

1.1酿酒酵母的介绍及应用

1.2萜类的生物合成

1.3脂类的介绍与生物合成

1.4酵母萜类合成的最新进展

1.5鲨烯与环氧化鲨烯

1.6达玛烯二醇

1.7酿酒酵母甲羟戊酸途径的基因简介

1.8酿酒酵母培养条件优化

1.9本课题的研究内容

第二章 基因调控对酵母合成鲨烯与环氧化鲨烯的影响

2.1前言

2.2实验材料

2.3实验方法

2.4结果与讨论

2.5本章小结

第三章 摇瓶培养条件下酵母合成环氧化鲨烯和达玛烯二醇的发酵条件优化

3.1前言

3.2实验材料

3.3实验方法

3.4结果与讨论

3.5本章小结

第四章 5L发酵罐培养条件下酵母合成达玛烯二醇

4.1前言

4.2实验材料

4.3实验方法

4.4结果与讨论

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢