Stoffflüsse in Escherichia coli TG1 unter aeroben, glucoselimitierten Bedingungen

Kayser, Anke

Zur Untersuchung des aeroben Stoffwechsel bei E. coli im Chemostaten unter glucoselimitierten Bedingungen wurden die Stoffflüsse in verschiedenen Fließgleichgewichten und während dynamischer Versuche beobachtet. Neben der Ermittlung extrazellulärer Daten und der Berechnung intrazellulärer Stoffflüsse wurde der AEC bestimmt. Abschliessend wurde bei einer Hochzelldichtekultivierung eines rekombinanten E. coli der AEC während der Hitzeinduktion untersucht. Mit steigender Durchflußrate wurde bei den extrazellulären und den intrazellulären Stoffflüssen eine Verschiebung in Richtung Biomassebildung beobachtet. Durch die bifunktionelle C-Quelle konnte sowohl eine Energie- als auch eine C-Quellenlimiterung auftreten. Bei niedrigen Durchflußraten deutete der hohe AEC und die niedrige Biomasseausbeute auf eine Limitierung der C-Quelle, die sich aber mit steigender Durchflußrate in Richtung Energiequellenlimitierung verschob. Die dynamischen Versuche zeigten, daß der Methylglyoxal-Nebenweg bei niedrigen Durchflußraten aktiv war. Das Glucose-Überangebot nach Erhöhung des Zuflusses bewirkte die Akkumulation des toxischen Intermediates MGO. Bei hohen Sprüngen der Durchflußrate kam es als Folge zu Oszillationen, die sich in der Atmungsaktivität, dem AEC und der MGO-Konzentration zeigten. Mit einem rekombinanten E. coli wurde in einem Hochzelldichteverfahren das Protein bFGF produziert. Die Hitzeinduktion wirkte sich auf den AEC aus, da die Bakterien sowohl wegen des Temperatursprungs als auch wegen der Bildung des Fremdproteins physiologischen Veränderungen unterlagen.

The fluxes of glucose carbon towards biomass formation and energy generation were determined at various dilution rates in glucose-limited aerobic chemostat cultures. In addition, the adenylate energy charge (AEC) was analyzed. Finally the energy status of a recombinant E. coli during heat induction in a high cell density cultivation was investigated. E. coli utilizes glucose as carbon source for biomass formation and as energy source for ATP generation. Therefore, two different limitations can occur: biomass- or energy-carbon limitation. At low dilution rates the low biomass yield with the concomitant high flux towards energy generation indicated a biomass-carbon limitation. On the other hand during growth at high dilution rates an increased flux of glucose carbon towards biomass formation coincided with a decreased AEC indicating that energy-carbon supply may limit cell growth at high growth rates. The up-shift of dilution rate caused the accumulation of different organic acids including Methylglyoxal (MGO) implying that the MGO bypass was active under certain circumstances. Due to the toxicity of this intermediate, oscillation of the respiration rate, the AEC and the MGO concentration occurred after high up-shifts. During the production of bFGF high fluctuations in the metabolically available energy of E. coli were observable. The bacterial physiology changed due to the heat response, the reduced growth rate and the formation of the recombinant protein.

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Kayser, Anke: Stoffflüsse in Escherichia coli TG1 unter aeroben, glucoselimitierten Bedingungen. 1999.

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