生物反應器助力枯草芽孢桿菌高效合成D-阿洛酮糖
D-阿洛酮糖是一種低熱量、高甜度的己糖單糖。然而D-阿洛酮糖制備過程在堿性和高溫條件下，非酶引發的褐變阻礙了D-果糖至D-果膠的轉化，并且產生的副產物增加了分離和提取的難度。
為了解決生產過程中的上述問題，江南大學饒志明課題組發表的研究Efficient D-allulose synthesis under acidic conditions by auto-inducing expression of the tandem D-allulose 3-epimerase genes in Bacillus subtilis中在構建的枯草芽孢桿菌168（Bs168）內利用D-阿洛酮糖3-差向異構酶（DPEases）基因表達和自動誘導啟動子工程，在酸性條件下有效合成D-阿洛酮糖。
實驗首先選擇枯草芽孢桿菌168作為DPEases異源表達底盤細胞，分別表征了pH和溫度對純化酶活性和穩定性的影響。純化酶PSDPEase受溫度變化影響顯著，RCDPEase則具有更好的熱穩定性。RCDPEase的活性受到pH變化的顯著影響，而DSDPEase的活性受到的影響較小。然而當使用DSDPEase催化果糖合成D-阿洛酮糖時，發現反應混合物發生非酶褐變，并隨著pH逐漸變為堿性會越來越明顯。
DPEases酶學性質和堿性條件下的非酶褐變
DPEase合成D-阿洛酮糖和DPEase在一個細胞共表達的平衡時間
為了提高DPEase的表達水平，實驗通過自動誘導啟動子工程優化啟動子。結果證實啟動子優化促進了DPEase的表達。由于不同啟動子在菌株中的表達機制不同，受生長時間、環境和營養等多種因素影響。因此對得到的菌株在5-L生物反應器（T&J Bio-Engineering, Shanghai）中進行分批補料培養以測試總酶表達的活性。
啟動子表達對酶活性的影響
與游離酶催化相比，全細胞轉化可以消除細胞破壞和純化的步驟，更加利于工業生產。實驗通過細胞密度和底物濃度優化催化的過程。在OD600=15，500 g/L果糖濃度是更加優化的全細胞轉化條件。獲得的產物產率高達163.5 g/L。
全細胞生物轉化條件優化
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參考文獻：Hu M, Wei Y, Zhang R, Shao M, Yang T, Xu M, Zhang X, Rao Z. Efficient D-allulose synthesis under acidic conditions by auto-inducing expression of the tandem D-allulose 3-epimerase genes in Bacillus subtilis. Microb Cell Fact. 2022 Apr 19;21(1):63. doi: 10.1186/s12934-022-01789-2. PMID: 35440084; PMCID: PMC9019997.
