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由Ketogulonicigenium vulgare与Bacillus构成的微生物混菌体系,在维生素C的工业二步发酵过程中发挥着重要的作用。如何解析两菌相互作用关系,找到关键控制点,进而提高K.vulgare的生产效率,以及如何实现一步法发酵等问题的解决,不仅可以降低维生素C的生产成本、提高生产收益,而且对于复杂微生物混菌体系的研究有重要的提示意义。本文对K.vulgare-Bacillus两菌发酵过程进行了蛋白组分析,从蛋白质水平探究两菌之间的相互作用模式;构建了Gluconobacter oxydans-K.vulgare-B.endophyticus的三菌一步发酵体系,并对此三菌发酵过程进行了代谢物组、蛋白组分析,在两菌关系研究的基础上解析三菌作用模式。采用iTRAQ标记定量蛋白组学手段,研究谷胱甘肽对K.vulgare作用前后的蛋白质表达变化,发现谷胱甘肽可以促进维生素B1(硫胺素)的转运,提高TCA循环、磷酸戊糖途径的代谢,进而产生更多的ATP与还原力NADPH,使得细胞整体抵抗活性氧刺激、能量代谢的能力得到增强,从而,K.vulgare的生长与产酸得到增强。采用基于二维凝胶电泳分离的蛋白组学手段,对维生素C工业第二步发酵生产过程进行了时间序列蛋白组研究。发现芽孢杆菌产孢裂解可以促进K.vulgare中抵抗活性氧刺激的蛋白、PPP途径蛋白、山梨糖转化蛋白、以及细胞分裂蛋白FtsZ等的表达,结合代谢物检测结果,发现芽孢杆菌的产孢裂解可以为K.vulgare提供嘌呤类物质合成嘌呤核苷酸,弥补K.vulgare中嘌呤合成的缺陷。对B.cereus-K.vulgare混菌实验室连续传代过程进行了蛋白组分析,发现二者在150天的连续传代的进化过程中,各自获得了更强的生长能力。构建了G.oxydans-K.vulgare-B.endophyticus三菌一步发酵体系,发酵周期稳定在30 h左右,转化率达到80%左右,可望达到与现有二步发酵相近的经济效益。通过对三菌体系进行代谢组、蛋白组分析,发现三菌的混合培养促进了K.vulgare中的PPP途径,以及负责山梨糖转化的山梨糖/山梨酮脱氢酶SSDH的表达;G.oxydans利用山梨糖进行生长的能力减弱,即对中间产物的旁路消耗减少;在发酵中后期,B.endophyticus中碳代谢途径EMP、TCA、PPP减弱,同时,芽孢的产生过程逐渐增强,不断为K.vulgare提供嘌呤等物质。通过三菌的相互配合,减少了中间产物山梨糖的旁路消耗,提高了K.vulgare的转化能力,使得D-山梨醇向2-keto-gulonic acid(2-KGA)的转化效率提高。