研究人員揭示了細菌和酵母是如何產生和利用它們的能量來生長的

細胞是如何產生和利用能量的？這個問題似乎很簡單，但答案遠非簡單。此外，了解微生物細胞工廠是如何消耗能量的，以及如何分配蛋白質來完成這一任務，在進行工業發酵時至關重要。

現在，研究人員已經證明有可能引起新陳代謝從發酵到呼吸的轉變。大腸桿菌並通過優化發酵條件對麵包酵母進行發酵。這一轉變意味著細胞可以被推向產生更多的內部能量(ATP)。

「這些信息可以用來設計新的、改進的細胞工廠，」瑞典Chalmers技術大學的相應作者教授和丹麥DTU諾和諾德生物可持續性基金會中心的科學主任Jens Nielsen說。

Jens Nielsen和來自Chalmers生物學和生物工程系的第一位作者於陳博士一起研究了大腸桿菌並通過數學模型和生物學實驗對麵包酵母進行了研究。這項研究現已發表在國家科學院會議記錄 (PNAS).

細胞不斷從糖葡萄糖中產生稱為ATP的高能分子。ATP是細胞內工作人員-酶-消耗的細胞「食物」。酶利用這種能量來建造生物量或做其他細胞工作。提供的ATP越多，微生物工作馬在發酵過程中的表現就越好；至少在原則上-許多其他方面也起著作用。

使用一種計算方法，研究人員發現ATP可以由兩種途徑中的任何一種產生：一種是高產量呼吸途徑，每種葡萄糖分子產生23.5個ATP；另一種是低產發酵途徑，每個葡萄糖分子只產生11種ATP。

這兩種途徑相輔相成，但研究人員能夠通過改變發酵條件和可獲得的糖和蛋白質的數量來改變兩者之間的自然平衡。此外，他們還發現，以同樣的速率消耗葡萄糖的高產途徑比低產途徑需要更多的蛋白質質量。

他們還表明，使一些關鍵酶表現得更好意味著細胞從低產發酵代謝轉變為通過高產呼吸代謝呼吸。

這一變化既會導致細胞內ATP的增加，又能避免發酵副產物的積累；大腸桿菌以及麵包酵母中的乙醇。

JensNielsen說：「這些副產品是多餘的，降低了你想要在你的細胞工廠生產的分子的產量。」

此外，研究人員還表明，表現最好的細胞實際上使用了這兩種途徑，而不僅僅是高產途徑，而且更多的可用蛋白質意味著在某一特定途徑中效率更高。

因此，要使細胞在發酵過程中表現更好，解決辦法不是關閉發酵途徑，而是將更多的蛋白質分配給高產途徑。

研究人員僅將微生物置於不同的發酵條件下，並沒有進行基因組工程來激發這些變化。但同時，他們的研究表明，通過基因組工程可以改變細胞的新陳代謝，使其在未來的實驗中變得更加有效。

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