高細胞密度発酵における大腸菌による酢酸代謝

特に異なる成長条件に対する細胞の反応に関連して、高細胞密度（例：1リットルあたり50 gを超える[乾燥細胞重量]を超える）での大腸菌の細胞生理学についてはほとんど知られていない。大腸菌W3100培養物は、グルコース濃度を0.5 g/リットルに維持するコンピューター制御された発酵システムを使用して、6.0、6.5、7.0、および7.5のpH値で高い細胞密度に維持することにより、同一の物理的および栄養条件下で栽培されました。データは、環境のpHと成長中に生物によって排泄される酢酸塩の量との関係を示唆しています。6.0と6.5のpH値では、酢酸塩は6 g/リットルの濃度に達しましたが、pH 7.5では、酢酸塩は12 g/リットルの濃度に達しました。さらに、6.0〜7.0のpH値では、大腸菌培養は劇的な代謝スイッチを受け、酸素とグルコース消費とCO2の進化がすべて50〜80％減少し、アセテートの利用が付随する開始が行われます。利用可能なアセテートの約50％が消費される30分の一時停止後、培養はグルコースと酸素を消費し、酢酸とCO2をプレシュイッチレベルで生成して回復して再開します。スイッチ期間中、イソクエン酸リアーゼの特定の活性は通常、約4倍に増加します。

Little is known about the cellular physiology of Escherichia coli at high cell densities (e.g., greater than 50 g [dry cell weight] per liter), particularly in relation to the cellular response to different growth conditions. E. coli W3100 cultures were grown under identical physical and nutritional conditions, by using a computer-controlled fermentation system which maintains the glucose concentration at 0.5 g/liter, to high cell densities at pH values of 6.0, 6.5, 7.0, and 7.5. The data suggest a relationship between the pH of the environment and the amount of acetate excreted by the organism during growth. At pH values of 6.0 and 6.5, the acetate reached a concentration of 6 g/liter, whereas at pH 7.5, the acetate reached a concentration of 12 g/liter. Furthermore, at pH values of 6.0 to 7.0, the E. coli culture undergoes a dramatic metabolic switch in which oxygen and glucose consumption and CO2 evolution all temporarily decreased by 50 to 80%, with a concomitant initiation of acetate utilization. After a 30-min pause in which approximately 50% of the available acetate is consumed, the culture recovers and resumes consuming glucose and oxygen and producing acetate and CO2 at preswitch levels. During the switch period, the specific activity of isocitrate lyase typically increases approximately fourfold.