10種有機物對氧化亞鐵硫桿菌BYM磁小體生長、合成、發酵、產量的影響（一）
摘要
【目的】明確不同種類有機物對氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)BYM磁小體形成的促進作用，為安全有效提升細菌磁小體產量提供新思路。
【方法】以A.ferrooxidans BYM為目的菌株，采用單因素試驗分析10種有機物對A.ferrooxidans BYM亞鐵氧化的影響，通過4 L發酵體系進一步篩選促進磁小體合成的有機物；通過分批發酵實驗基于經典發酵動力學模型(Logistic、Luedeking-Piret、底物消耗動力學方程)分別構建A.ferrooxidans BYM菌體生長、磁小體合成以及亞鐵消耗動力學模型。
【結果】篩選得到10 mmol/L葡萄糖酸能使磁小體產量最高達到2.00×10?3 g/L，葡萄糖酸使A.ferrooxidans BYM細胞呈橢圓形，表面光滑；在葡萄糖酸作用下，A.ferrooxidans BYM的發酵符合Logistic、Luedeking-Piret、底物消耗動力學方程。
【結論】添加10 mmol/L葡萄糖酸能夠使A.ferrooxidans BYM磁小體產量提升8倍，葡萄糖酸通過改變細胞形態和表面結構促進磁小體合成，菌體生長、產物生成以及底物消耗動力學模型可以闡明A.ferrooxidans BYM在葡萄糖酸存在下的分批發酵過程。
前言
磁小體是一種理想的生物納米磁性材料，主要成分是Fe3O4或Fe3S4，具有粒徑均一、超順磁性、純度高、無細胞毒性等特點，在靶向載藥、生物定位、污水處理和磁熱療等方面具有廣泛應用。研究表明，生物控制礦化作用下產生的磁小體具有雙層膜結構。目前報道用于磁小體合成的微生物主要是3種模式趨磁細菌，包括格利菲斯瓦爾德鎮磁螺菌(Magnetospirillum gryphiswaldense)MSR-1、向磁磁螺菌(Magnetospirillum magnetotacticum)MS-1、Magnetospirillum magneticum AMB-1。然而，這些趨磁細菌生長條件苛刻，對氧濃度要求極為嚴格，導致細菌培養和磁小體提取過程復雜，難以進行大規模生產。氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)是一種化能自養革蘭氏陰性細菌，最初發現于1947年，廣泛分布于酸性礦水、鐵硫礦床以及土壤中，屬于產磁小體的非趨磁細菌，能以亞鐵、硫元素以及還原型硫化物作為能源。雖然已有研究通過單因素和響應面試驗對A.ferrooxidans產磁小體的發酵條件進行了優化，產率有了顯著提高，可達0.012 mg/(L·h)，但相較于趨磁細菌的磁小體產率0.036?0.154 mg/(L·h)，A.ferrooxidans的磁小體產率還有很大的差距。因此，篩選獲得易于培養的磁小體產生菌，并通過優化發酵條件提高磁小體產量，對于促進磁小體商業化應用具有重要意義。
A.ferrooxidans作為典型的化能自養菌，對多種有機物敏感。人們在試驗中多采用有機酸、螯合劑以及表面活性劑作為促進劑。研究表明，A.ferrooxidans在一定程度上能夠吸收特定有機物轉化為細胞的生長物質，但是其同化能力有限，主要體現在乙酸可以作為一種有機促進劑，其結合細胞碳的能力大于氨基酸和糖類物質，其他常用的有機酸還包括草酸、蘋果酸以及檸檬酸等。螯合劑可以與金屬離子產生配位作用，從而提高菌體對金屬的攝入量，主要包括葡萄糖酸、乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetraacetic acid，EDTA)、酒石酸和羅丹明B等。表面活性劑可以降低浸出液的表面張力，改變疏水性和滲透性，主要包括吐溫-20、吐溫-80、聚乙二醇辛基苯基醚(p-iso-octyl phenoxy polyethoxyethanol，TritonX-100)和聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)等。因此，在分批發酵中，加入有機物對菌體的次生代謝及菌體產量具有促進作用，從而提高磁小體產量。
發酵調控是實現磁小體規模化生產的前提，發酵動力學是一門能夠監控發酵過程中各種因素隨發酵時間變化的科學。通過發酵動力學的研究和發酵模型的建立，能夠進一步了解發酵過程中菌體生長與產物形成的機制，以及環境因素對這些機制的影響，實現發酵過程的有效控制，從而達到提高發酵產物指標的目的。微生物發酵動力學模型包括：菌體生長動力學模型、產物生成動力學模型和底物消耗動力學模型。通過這些動力學模型探究A.ferrooxidans BYM在整個發酵階段的菌體生長、磁小體生成和亞鐵消耗情況，可為細菌磁小體的規模化發酵提供理論和實踐依據。另外，對于細菌合成磁小體發酵動力學研究，有助于實現發酵過程的優化。發酵規模的擴大對于產物生成具有關鍵作用，有利于產磁小體細菌的工廠化發酵及補料發酵培養。目前，對于A.ferrooxidans BYM發酵動力學的探究主要集中在次生礦物的合成中，對其合成磁小體的發酵動力學的探究尚未深入報道。
因此，本研究以A.ferrooxidans BYM為研究對象，旨在探究有機酸、表面活性劑和螯合劑等外源有機物添加對菌體生長和磁小體合成的影響；解析A.ferrooxidans BYM在添加最佳促進劑體系中的發酵動力學特征，闡明促進劑作用下A.ferrooxidans BYM的菌體生長、磁小體合成及亞鐵氧化的動態規律，為A.ferrooxidans BYM磁小體產量提升提供一種新思路。
10種有機物對氧化亞鐵硫桿菌BYM磁小體生長、合成、發酵、產量的影響（一）
10種有機物對氧化亞鐵硫桿菌BYM磁小體生長、合成、發酵、產量的影響（二）
10種有機物對氧化亞鐵硫桿菌BYM磁小體生長、合成、發酵、產量的影響（三）