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青霉素是一种重要的β-内酰胺类广谱抗生素,主要通过丝状真菌产黄青霉菌发酵生产。据统计2016年全球抗生素的药物市场约438.1亿美元,其中青霉素类药物在抗生素市场占47%,且青霉素的需求逐年上升;同时,青霉素中间体六氨基青霉烷酸(6-APA)是合成羟氨苄青霉素和氨苄青霉素等其它半合成抗生素合成原料。然而,青霉素发酵过程放大往往面临生产能力降低的难题,成为进一步深入挖掘产黄青霉菌生产“潜质”的重要瓶颈。本文利用定量代谢物组学技术,进行如下研究:针对前期实验室构建的产黄青霉菌海藻糖代谢途径突变株(P.chrysogenum Δtps1和P.chrysogenum Δtps2),在实验室规模恒化器中探究了海藻糖代谢功能对于菌体生长和青霉素合成的生理学响应。实验结果表明,与出发菌(P.chrys ogenumWisconsin 54-1255)相比,在稀释率为0.05 h-1葡萄糖限制性恒化器培养中,海藻糖途径缺失菌株菌体得率分别下降2.7%和13.5%,工程菌株单位底物消耗氧分别下降14.6%和10.1%,能量代谢效率略有提高;然而,在海藻糖突变株中,青霉素产量下降了一半。与高产产黄青霉菌(P.chrysogenum DS17690)相比,原始菌和突变株的葡萄糖吸收能力较低,但胞内游离氨基酸水平较高。通过模型计算发现:中心碳代谢通量在糖酵解的上半部分和戊糖磷酸途径上有明显差异,但在TCA循环中的通量相当。综上所述,在海藻糖突变体中观察到了显著表型差异,海藻糖代谢在产黄青霉菌中青霉素合成代谢调节中起着重要作用,并且在葡萄糖限制性恒化培养条件下对维持较高青霉素合成至关重要。同时,在产黄青霉菌中甲酸脱氢酶已被证实可以氧化甲酸盐增加ATP供给,因此,葡萄糖和甲酸盐的共同利用有可能增加青霉素的产量和菌体得率。本文研究在稀释率(D)为0.03 h-1和0.05 h-1的葡萄糖限制恒化培养中,添加甲酸盐作为辅助底物,利用稳态代谢物水平和代谢通量评估了产黄青霉菌生理代谢响应。在D=0.03 h-1时,等摩尔量的甲酸盐添加有利于菌体生长和青霉素产量增加,而在D=0.05 h-1时则相反。在D=0.05 h-1下添加等摩尔量甲酸,观察到细胞内的氧化还原状态(NADH/NAD+)升高,细胞内的葡萄糖水平升高,而青霉素的产量降低,而在D=0.03 h-1时几乎没有这种现象。因此,在葡萄糖限制恒化培养中,甲酸盐作为辅助底物对青霉素产量的影响不仅取决于之前发表的甲酸盐/葡萄糖比,还取决于比生长速率。研究结果还表明,在实际的工业规模场景中,应进一步系统评估甲酸盐使用对整个过程生产和产品质量的影响。