Screening, Identifizierung und Optimierung der Fermentationsbedingungen f\u00fcr den Cellulase produzierenden Bacillus subtilis mit hohen Ertr\u00e4gen
\nIn den letzten Jahren hat die unbegrenzte Nutzung fossiler Brennstoffe zu drastischen Schwankungen der weltweiten \u00d6lpreise gef\u00fchrt, die das t\u00e4gliche Leben der Menschen stark beeintr\u00e4chtigen. Die Menschen sind zunehmend besorgt \u00fcber die Erforschung und Entwicklung neuer alternativer Energiequellen, und Zellulose-Biomasse-Kraftstoff wird derzeit als die wertvollste und vielversprechendste erneuerbare Energiequelle anerkannt. Zellulose-Biomasse ist die am weitesten verbreitete und am h\u00e4ufigsten vorkommende Biomasse auf der Erde und besteht haupts\u00e4chlich aus Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Zellulose, Hemizellulose und Lignin sind jedoch durch Wasserstoff- und kovalente Bindungen fest miteinander verbunden und besitzen eine widerspenstige Biomassestruktur. Wir haben nur weniger als 2% an Zelluloseressourcen erschlossen. Der Einsatz der modernen Biotechnologie zur Umwandlung von Zellulose in fl\u00fcssige Kraftstoffe wie Ethanol bietet stabile, erneuerbare und umweltfreundliche Ertr\u00e4ge und hat das Potenzial, Probleme wie Energiekrise, Umweltverschmutzung und Nahrungsmittelkrise zu l\u00f6sen. Um dieses Problem zu l\u00f6sen, ist es jedoch entscheidend, effiziente und kosteng\u00fcnstige Zellulasen zu erhalten.<\/p>\n
Cellulase ist ein Sammelbegriff f\u00fcr eine Gruppe komplexer Enzymsysteme, die Cellulose abbauen, um Monosaccharide oder Polysaccharide zu produzieren. Dazu geh\u00f6ren haupts\u00e4chlich Endoglucanase, Exoglucanase und \u03b2-1,4-Glucosidase. Diese drei Enzyme arbeiten zusammen, um Cellulosestoffe abzubauen. Gegenw\u00e4rtig konzentriert sich die Forschung \u00fcber Cellulase produzierende Bakterien haupts\u00e4chlich auf Pilze wie Trichoderma, Penicillium und Aspergillus. Die meisten ihrer Cellulasen binden jedoch an die Zellmembran, was ihre Verwendung erschwert, und die Kosten f\u00fcr die Enzymabtrennung und -extraktion sind zu hoch. Dar\u00fcber hinaus haben Pilzzellulasen nicht nur einen langen Produktionszyklus, sondern die meisten der produzierten Zellulasen m\u00fcssen auch bei h\u00f6heren Temperaturen hergestellt werden, um eine gute Effizienz zu erzielen. Bei Raumtemperatur oder niedrigeren Temperaturen ist die Enzymaktivit\u00e4t sehr gering. Bakterien wachsen schneller als Pilze, k\u00f6nnen eine h\u00f6here Expressionsrate rekombinanter Enzyme erzielen und komplexere Glykosidhydrolasen f\u00fcr synergistische Reaktionen bei der enzymatischen Hydrolyse produzieren. Au\u00dferdem verf\u00fcgen Bakterien \u00fcber eine gro\u00dfe nat\u00fcrliche Vielfalt und sind eher in der Lage, hitze- und alkaliresistente Enzyme zu produzieren. Zu den bisher eingehend untersuchten cellulasebildenden Bakterien geh\u00f6ren Vibrio, Bacillus, Bacteroides, Clostridium, Erwinia, Ruminococcus und Thermomonas.<\/p>\n
Bislang wurde zwar viel \u00fcber die Umwandlung von Lignozellulose geforscht, doch die Umwandlung von Zellulose-Biomasse in Bioethanol steht aufgrund der hohen Kosten f\u00fcr Hemizellulasen und Zellulasen noch immer vor gro\u00dfen Herausforderungen. Daher ist die Entwicklung neuer, effizienter und kosteng\u00fcnstiger Cellulasen dringend erforderlich, und die Z\u00fcchtung von Cellulasest\u00e4mmen mit hohem Ertrag ist besonders wichtig. Das Screening von ertragreichen Cellulase produzierenden Bakterienst\u00e4mmen aus im Labor erhaltenen St\u00e4mmen, die Identifizierung und Erforschung dieser St\u00e4mme, die Bereitstellung von Stammquellen f\u00fcr die Forschung zur Herstellung von Cellulase und die Schaffung einer sicheren Grundlage f\u00fcr die genetische Verbesserung, die Konstruktion gentechnischer St\u00e4mme und andere Arbeiten.<\/p>\n
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In dieser Studie wurden insgesamt 5 Bakterienst\u00e4mme mit hoher Cellulaseproduktion aus im Labor konservierten St\u00e4mmen untersucht. Nach morphologischen, physiologischen und biochemischen Merkmalen sowie einer 16S rDNA-Analyse wurden sie als Bacillus subtilis, 2 St\u00e4mme von Bacillus subtilis und 3 St\u00e4mme von Bacillus amyloliquefaciens identifiziert. In der Natur k\u00f6nnen viele Pilze und Bakterien verschiedene Cellulasen produzieren. Gegenw\u00e4rtig gibt es viele Studien \u00fcber Pilzcellulasen, und die auf dem Markt befindlichen Cellulasen stammen haupts\u00e4chlich aus Pilzen. Die Cellulase produzierenden Bakterien haben aufgrund ihrer hohen Anpassungsf\u00e4higkeit und anderer Vorteile ebenfalls gro\u00dfe Aufmerksamkeit auf sich gezogen und werden wahrscheinlich zu einer sehr wichtigen Cellulasequelle f\u00fcr die Industrie werden. Unter ihnen kann Bacillus subtilis eine gro\u00dfe Anzahl extrazellul\u00e4rer Enzyme produzieren und sezernieren und ist damit das am meisten untersuchte Bakterium. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen sie auch Endosporen und sekund\u00e4re Stoffwechselprodukte unter langsamen Wachstumsbedingungen in der Zellulosematrix bilden, was ihnen einen Wettbewerbsvorteil verschafft. Unter ihnen ist Bacillus subtilis das Bakterium, von dem am h\u00e4ufigsten berichtet wird, dass es hervorragende Cellulase produziert, w\u00e4hrend Bacillus amyloliquefaciens nur selten vorkommt.<\/p>\n
Das Verh\u00e4ltnis des Hydrolysekreisdurchmessers zum Koloniedurchmesser auf der Kongorot-CMC-Platte betr\u00e4gt in diesem Artikel mehr als 4,5, wobei das minimale ZB6-Verh\u00e4ltnis 4,61 und das maximale AF1-Bakterienverh\u00e4ltnis 8,04 betr\u00e4gt und damit weit \u00fcber den Bakterienst\u00e4mmen mit hoher Enzymaktivit\u00e4t liegt, die mit der gleichen Methode untersucht wurden und \u00fcber die in der in- und ausl\u00e4ndischen Literatur berichtet wird. Die h\u00f6chste in der Literatur angegebene Enzymaktivit\u00e4t war der Stamm PX19, der von Tang Hao et al. aus dem Darmtrakt des Riesenbambuselefanten isoliert wurde. Das Verh\u00e4ltnis von Hydrolysekreisdurchmesser zu Koloniedurchmesser des Stammes mit der h\u00f6chsten Enzymaktivit\u00e4t betrug nur 4,83. Nach der Optimierung und dem Screening der festen Fermentationsbedingungen f\u00fcr die Cellulaseproduktion durch den AF1-Stamm erreichte seine h\u00f6chste Filterpapier-Enzymaktivit\u00e4t 26,904U\/g. Dar\u00fcber hinaus fand das Forschungsteam heraus, dass AF1-Bakterien auch hochaktive Amylase, Protease und antibakterielle Substanzen mit breitem Wirkungsspektrum produzieren k\u00f6nnen. Bei der F\u00fctterung von K\u00fcken kann es die Futterverwertung erheblich verbessern, das Wachstum von Krankheitserregern hemmen, das Auftreten von Krankheiten verringern und die Sterblichkeitsrate senken. Es handelt sich um einen leistungsstarken Stamm mit vielf\u00e4ltigen Funktionen und gro\u00dfem Entwicklungspotenzial.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Screening, identification, and optimization of fermentation conditions for high-yielding cellulase producing Bacillus subtilis In recent years, with the unlimited use of fossil fuels, global oil prices have fluctuated dramatically, seriously affecting human daily life. People are increasingly concerned about the research and development of new alternative energy sources, and cellulose biomass fuel is currently recognized […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20],"tags":[],"yoast_head":"\n