Vorgeschlagenes Mechanismus der Acetatakkumulation in zwei rekombinanten Escherichia coli-Stämmen während der Hochdichtigkeitsfermentation

Die Produktivität von Escherichia coli als Produzent rekombinanter Proteine wird von seinen Stoffwechseleigenschaften beeinflusst, insbesondere von der Acetatproduktion. Zwei kommerziell verwendete E. coli-Stämme, BL21 (lambdaDE3) und JM109, unterscheiden sich signifikant in ihrer Acetatproduktion während der Batch-Fermentation bei hohen Anfangsglucosekonzentrationen. E. coli BL21 wächst auf eine optische Dichte (OD, 600 nm) von 100 und produziert nicht mehr als 2 g/L Acetat, während E. coli JM109 auf eine OD (600 nm) von 80 wächst und bis zu 14 g/L Acetat produziert. Selbst in der Fed-Batch-Fermentation, wenn die Glukosekonzentration zwischen 0,5 und 1,0 g/L gehalten wird, akkumuliert JM109 4-mal mehr Acetat als BL21. Um den Unterschied zwischen den beiden Stämmen zu untersuchen, wurden Metaboliten und Enzyme, die an der Kohlenstoffnutzung und Acetatproduktion beteiligt sind, analysiert (Isocitrat, ATP, Phosphoenolpyruvat, Pyruvat, Isocitratlyase und Isocitratdehydrogenase). Die Ergebnisse zeigten, dass während der Batch-Fermentation die Aktivität der Isocitratlyase und die Isocitratkonzentration in BL21 höher waren als in JM109, während die Pyruvatkonzentration in JM109 höher war. Die Aktivierung des Glyoxylat-Shunt-Wegs bei hohen Glukosekonzentrationen wird als mögliche Erklärung für die geringere Acetatakkumulation in E. coli BL21 vorgeschlagen. Die metabolische Fluxanalyse der Batch-Kulturen unterstützt die Aktivität des Glyoxylat-Shunts in E. coli BL21.