蛋白质作为人类和动物必不可少的营养成分,世界各国每年对蛋白制品的需求量都很大。作为人口大国的中国,蛋白质制品的需求量最大。相比植物蛋白和动物蛋白来说,单细胞蛋白具有生产周期短,营养价值丰富等优势。甲酸是最简单的有机一碳化合物,可以由二氧化碳直接得来,应用甲酸生产蛋白符合经济环保的生产理念。本研究筛选分离获得高效转化甲酸生产蛋白的优势菌株并对其生理特性和发酵工艺进行研究。以含有5 g/L甲酸钠作为碳源的培养基为筛选培养基,以生物量、甲酸利用率、蛋白含量为评价参数,经初筛、复筛和终筛最终确定以副球菌Paracoccus communis MA5为优势菌株进行后续的优化实验。培养基优化采用单因素分析法对菌株的生理性能进行分析,结果表明菌株MA5最佳生长温度、初始p H值、甲酸钠浓度和氮源分别为37℃、7、5 g/L和8 g/L酵母粉。采用5 L发酵系统对菌株MA5的发酵工艺进行分析,结果表明在发酵过程中菌株的甲酸消耗速率最高达到0.77 g/L/h,在发酵末期菌株生物量干重达到4.67 g/L,蛋白含量为37%。本研究从基因组学角度进一步分析菌株MA5的中心碳代谢、氮代谢和一碳代谢等基础代谢特点,结果显示菌株MA5体内含有完整的四氢叶酸循环途径和丝氨酸循环途径,所以MA5菌株具有固定和同化甲酸的能力。从转录组学角度分析当菌株MA5处于甲酸胁迫或不同氮源存在的环境中,蛋白含量、生物量和甲酸利用率等参数出现差异的原因。结果显示当菌株MA5处于甲酸胁迫条件下,菌体会启动机体保护机制,促进氨基酸脱羧和反硝化作用,抑制氮同化造成菌体内蛋白含量降低。当菌株MA5以硫酸铵作为氮源,与酵母粉相比,大部分氨基酸合成途径中的酶活性升高,氮同化作用增强,导致蛋白含量上升,但由于甲酸同化过程中关键酶活性的降低,导致菌株MA5在以硫酸铵为氮源培养时,菌株生长速率变慢,生物量降低。