Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đánh giá sự phát triển của các chủng \(\textit{Vibrio natriegens}\) trong môi trường chứa các dẫn xuất chitin và thủy phân vỏ tôm
Academia Journal of Biology - 2023
Tóm tắt
Chitin từ chất thải của loài giáp xác có thể trở thành cơ sở tiềm năng cho ngành công nghiệp sinh học hướng tới khái niệm kinh tế tuần hoàn, đặc biệt là đối với các quốc gia có sản lượng hải sản lớn như Việt Nam. Tuy nhiên, quá trình chuyển hóa hóa học chitin thành các monome liên quan yêu cầu phải sử dụng lượng lớn NaCl trong hỗn hợp với glucosamine, N-acetyl glucosamine và acetate. Do đó, một chủng vi khuẩn có khả năng chịu đựng nồng độ muối cao và sử dụng các monome chitin như nguồn carbon duy nhất, chẳng hạn như \(\textit{Vibrio natriegens}\), có tiềm năng lớn trong việc sản xuất các sản phẩm sinh học từ các dẫn xuất chitin. Trong nghiên cứu này, các chủng V. natriegens 10.3 và N5.3 được tách biệt từ Việt Nam được so sánh với chủng tham chiếu V. natriegens DSM 759 về hiệu suất phát triển trong môi trường chứa riêng rẽ glucose và các monome chitin. Chủng N5.3 cho thấy tỷ lệ tăng trưởng tốt nhất trong số 3 chủng đã thử nghiệm, đặc biệt là trong môi trường chứa glucosamine với tốc độ nhanh hơn gần 1,5 lần so với các chủng 10.3 và DSM 759. Chủng N5.3 được nuôi cấy trong sinh khối với 30 g/L NaCl cho thấy tỷ lệ tăng trưởng từ 0.614 đến 0.881 h-1 trong môi trường chứa glucose, glucosamine, N-acetyl glucosamine và thủy phân vỏ tôm. Sự hình thành acetate được quan sát thấy trong quá trình tăng trưởng theo cấp số nhân của chủng N5.3 trong môi trường có glucose và N-acetyl glucosamine nhưng không xuất hiện trong môi trường có glucosamine hoặc thủy phân vỏ tôm. Tốc độ phát triển nhanh hơn của tất cả các chủng đã thử nghiệm trên N-acetyl glucosamine so với glucosamine cho thấy sự chuyển hóa của các nền tảng này của V. natriegens tương tự như Echerichia coli.
Từ khóa
#Vibrio natriegens #chitin derivatives #glucosamine #N-acetyl glucosamine #shrimp shell hydrolysate #cell growth.Tài liệu tham khảo
Alvarez-Añorve L. I., Calcagno M. L., Plumbridge J., 2005. Why does Escherichia coli grow more slowly on glucosamine than on N-acetylglucosamine? Effects of enzyme levels and allosteric activation of GlcN6P deaminase (NagB) on growth rates. Journal of Bacteriology, 187(9): 2974–2982. https://doi.org/ 10.1128/jb.187.9.2974-2982.2005
Arnold N. D., Brück W. M., Garbe D., Brück T. B., 2020. Enzymatic modification of native chitin and conversion to specialty chemical products. Marine Drugs, 18(2): 93. https://doi.org/10.3390/md18020093
Eagon R. G., 1962. Pseudomonas natriegens, a marine bacterium with a generation time of less than 10 minutes. Journal of Bacteriology, 83(4): 736–737. https://doi.org/10.1128/jb.83.4.736-737.1962
Eagon R. G., Wang C. H., 1962. Dissimilation of glucose and gluconic acid by Pseudomonas natriegens. Journal of Bacteriology, 83(4): 879–886. https://doi.org/10.1128/jb.83.4.879-886.1962
Einbu A., Grasdalen H.,Vårum K. M., 2007. Kinetics of hydrolysis of chitin/chitosan oligomers in concentrated hydrochloric acid. Carbohydrate Research, 342(8): 1055–1062. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.carres.2007.02.022
Ellis G. A., Tschirhart T., Spangler J., 2019. Exploiting the feedstock flexibility of the emergent synthetic biology chassis Vibrio natriegens for engineered natural product production. Marine Drugs, 17(12). https://doi.org/10.3390/md17120679
Erian A. M., Freitag P., Gibisch M., Pflügl S., 2020. High rate 2,3-butanediol production with Vibrio natriegens. Bioresource Technology Reports, 10: 100408. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2020.100408
Hoffart E., Grenz S., Lange J., Nitschel R., Müller F., Schwentner A., Feith A., Lenfers-Lücker M., Takors R., Blombach B., 2017. High substrate uptake rates empower Vibrio natriegens as production host for industrial biotechnology. Applied and Environmental Microbiology, 83(22). https://doi.org/10.1128/aem.01614-17
Hou F., Ma X., Fan L., Wang D., Ding T., Ye X., Liu D., 2020. Enhancement of chitin suspension hydrolysis by a combination of ultrasound and chitinase. Carbohydrate Polymers, 231: 115669. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.115669
Kostag M., El Seoud O. A., 2021. Sustainable biomaterials based on cellulose, chitin and chitosan composites - A review. Carbohydrate Polymer Technologies and Applications, 2: 100079. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2021.100079
Lee H. H., Ostrov N., Wong B. G., Gold M. A., Khalil A. S., Church G. M., 2019. Functional genomics of the rapidly replicating bacterium Vibrio natriegens by CRISPRi. Nature Microbiology, 4(7): 1105–1113. https://doi.org/10.1038/s41564-019-0423-8
Li S., You X., Rani A., Özcan E., Sela D. A., 2023. Bifidobacterium infantis utilizes N-acetylglucosamine-containing human milk oligosaccharides as a nitrogen source. Gut Microbes, 15(2): 2244721. https://doi.org/10.1080/19490976.2023.2244721
Long C. P., Gonzalez J. E., Cipolla R. M., Antoniewicz M. R., 2017. Metabolism of the fast-growing bacterium Vibrio natriegens elucidated by 13C metabolic flux analysis. Metabolic Engineering, 44: 191–197. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2017.10.008
Miller G. L., 1959. Use of Dinitrosalicylic Acid Reagent for Determination of Reducing Sugar. Analytical Chemistry, 31(3): 426−428. https://doi.org/10.1021/ac60147a030.
Payne W. J., 1958. Studies on bacterial utilization of uronic acids. III. Induction of oxidative enzymes in a marine isolate. Journal of Bacteriology, 76(3): 301–307. https://doi.org/10.1128/jb.76.3.301-307.19 58
Peng Y., Han X., Xu P., Tao F., 2020. Next-generation microbial workhorses: Comparative genomic analysis of fast-growing Vibrio strains reveals their biotechnological potential. Biotechnol J, 15(5): e1900499. https://doi.org/10.1002/biot.201900499
Peri K. G., Goldie H., Waygood E. B., 1990. Cloning and characterization of the N-acetylglucosamine operon of Escherichia coli. Biochem Cell Biol, 68(1): 123–137. https://doi.org/10.1139/o90-017
Pfeifer E., Michniewski S., Gätgens C., Münch E., Müller F., Polen T., Millard A., Blombach B., Frunzke J., 2019. Generation of a prophage-free variant of the fast-growing bacterium Vibrio natriegens. Applied and Environmental Microbiology, 85(17): e00853–00819. https://doi.org/10.1128/AEM.00853-19
Schwarz S., Gerlach D., Fan R., Czermak P., 2022. GbpA as a secretion and affinity purification tag for an antimicrobial peptide produced in Vibrio natriegens. Electronic Journal of Biotechnology, 56: 75–83. https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2022.01.003
Stella R. G., Baumann P., Lorke S., Münstermann F., Wirtz A., Wiechert J., Marienhagen J., Frunzke J., 2021. Biosensor-based isolation of amino acid-producing Vibrio natriegens strains. Metabolic Engineering Communications, 13: e00187. https://doi.org/10.1016/j.mec.2021.e00187
Thiele I., Gutschmann B., Aulich L., Girard M., Neubauer P., Riedel S. L., 2021. High-cell-density fed-batch cultivations of Vibrio natriegens. Biotechnology Letters, 43(9): 1723–1733. https://doi.org/10.1007/s10529-021-03147-5
Thoma F., Blombach B., 2021. Metabolic engineering of Vibrio natriegens. Essays Biochem, 65(2): 381–392. https://doi.org/10.1042/ebc20200135
Thoma F., Schulze C., Gutierrez-Coto C., Hädrich M., Huber J., Gunkel C., Thoma R., Blombach B., 2022. Metabolic engineering of Vibrio natriegens for anaerobic succinate production. Microb Biotechnol, 15(6): 1671–1684. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13983
Wiegand D. J., Lee H. H., Ostrov N., Church G. M., 2018. Establishing a cell-free Vibrio natriegens expression system. ACS Synthetic Biology, 7(10): 2475–2479. https://doi.org/10.1021/acssynbio.8b00222
Zhang Y., Li Z., Liu Y., Cen X., Liu D., Chen Z., 2021. Systems metabolic engineering of Vibrio natriegens for the production of 1,3-propanediol. Metabolic Engineering, 65: 52−65. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2021.03.008