贝叶斯优化方法在需钠弧菌生产1,3-丙二醇中的应用

摘要

1,3-丙二醇是一种重要的化工原料,生物法发酵制备1,3-丙二醇具有操作简便、反应条件温和、副产物少等优点,使用需钠弧菌作为新的工业底盘细胞生产1,3-丙二醇有很好的应用前景。高产菌株的构建过程中优化基因强度组合时,具有单次实验周期长、成本高且体系复杂、非线性强的特点。为了实现对1,3-丙二醇合成途径关键基因强度组合的快速优化,使用了一种以高斯过程回归算法为代理模型,以增益期望为采集函数的贝叶斯优化方法。在每轮迭代中,高斯过程回归算法用于拟合当前数据并预测未知点的概率分布,增益期望函数将概率分布映射到解空间中,选择解空间中最大值对应的点作为下一轮的实验点,实验后进入下一轮迭代。构建高产1,3-丙二醇的需钠弧菌过程中使用贝叶斯优化方法优化关键基因强度组合,在三轮迭代后搜索到了最优的基因强度组合,1,3-丙二醇的产量达到(13.01±0.63)g/L,较第一组实验点中最高值提高了8.32%。