氧化还原调控大肠杆菌厌氧代谢产物：NADH/NAD+比例的关键

本研究论文深入探讨了细胞内氧化还原水平对大肠杆菌厌氧代谢产物的影响，由李宁、赵学明和王庆昭三位作者在天津大学化工学院进行。他们以葡萄糖、葡萄糖酸和山梨糖醇作为三种不同的发酵碳源，对处于厌氧环境下的大肠杆菌的生长及代谢产物分布进行了详尽的测定，并特别关注了NADH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）与NAD+（氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）的比例变化。 实验结果显示，NADH/NAD+的比例对大肠杆菌的代谢产物分布有着显著影响。高还原性的碳源如葡萄糖有利于乙醇的发酵生成，同时会轻微提升琥珀酸的产生。通过在野生大肠杆菌中表达假丝酵母甲酸脱氢酶，可以提高NADH/NAD+的比例，这导致野生菌株对葡萄糖的消耗加快，从而减少了发酵过程中产生的甲酸含量，使得乙醇产量增加，而琥珀酸的产量变化不大。然而，在adhE基因敲除菌株TUQ5中表达甲酸脱氢酶，尽管提高了NADH/NAD+比例，但TUQ5的生长受到较大影响，其发酵产物主要变为极少量的乙醇，乳酸和乙醇的得率有所上升，其他副产物则下降。 NAD+/NADH的比例在大肠杆菌的生理过程中起着关键作用，它不仅参与众多生物氧化还原反应，还影响着细胞生长、信号传导、基因调控以及线粒体功能。论文指出，通过调节细胞内的氧化还原状态，可以有效控制大肠杆菌的代谢途径，进而影响其产物的形成。大肠杆菌作为兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下表现出不同的代谢策略，因此在厌氧发酵过程中，辅因子如NAD+/NADH的调控显得尤为重要。 该研究提供了关于如何通过调控大肠杆菌内部氧化还原状态来优化厌氧发酵条件，特别是对于乙醇和琥珀酸等特定代谢产物的生成具有实践指导意义，为工业生物转化和微生物代谢工程领域提供了新的理论依据。