通过适应性实验室进化降低盐单胞菌（Halomonas sp.）对氧气供应的敏感性

《Microbial Cell Factories》：Reducing the sensitivity of Halomonas sp. to oxygen availability through adaptive laboratory evolution

盐生菌通过适应性实验室进化增强氧耐受性，在低至高溶解氧（4.46±0.29 vs 4.96±0.81 OD600）下均保持稳定生长，生长 robustness提升62%，PHB产量增加21%，ectoine减少79%，基因组分析揭示运输机制与代谢途径突变。

　　

摘要

由于培养基中高盐浓度降低了污染风险，嗜盐菌作为可持续的工业宿主，在长期连续工艺或开放式发酵中的应用越来越受到关注。尽管兴趣日益增加，但由于生物工艺方面的挑战，它们在大规模生产中的应用仍然有限。一个能够在不同规模下始终表现良好的强健宿主应能够承受氧气供应的变化，因为即使在严格的操作控制下，大规模罐中也经常会出现局部缺氧区域。在这项工作中，我们通过适应性实验室进化技术，逐渐让连续培养的嗜盐菌（Halomonas）暴露于氧气供应不足引起的压力环境中，从而实现了其在微需氧环境中的稳健生长。即使在非无菌操作条件下，当盐浓度为8.5%时也仅观察到轻微的污染，这为长期连续培养提供了合适的环境。经过适应性实验室进化后，Halomonas在低至中等（0.5%-3.0%）和中等至高（3.0–5.0%）的溶解氧浓度下（OD₆₀₀分别为4.46?±?0.29?μ?=?0.40?h^??1和4.96?±?0.81?μ?=?0.35?h^??1）下仍能实现相似的生长。适应性进化使Halomonas的生长稳健性提高了62%，PHB产量提高了21%，同时 ectoine 的产量减少了79%，这表明其对氧气供应的代谢感知能力得到了改善，且应激反应也有所减弱。全基因组测序结果显示，细胞运输机制和酶途径的突变促进了这种响应。所提出的框架是一种有效策略，可以降低微生物菌株对氧气的敏感性，从而改善其生理特性，并通过基因设计出适合大规模生物工艺操作的菌群。