Dataset describing the amino acid catabolism of Thermoanaerobacter pseudethanolicus
假乙醇热厌氧杆菌氨基酸分解代谢数据集
来源：Data in Brief, 2024, Volume 52, 110017
《数据简报》，2024年，第52卷，文章编号110017
摘要
本数据集展示了假乙醇热厌氧杆菌在硫代硫酸盐存在下、不同培养条件下对支链氨基酸的分解代谢情况。该菌株可降解亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸，生成对应的支链脂肪酸与支链醇，其中脂肪酸为主要产物。由异亮氨酸生成2-甲基-1-丁醇的最优条件为pH 6.5、液气比0.98、硫代硫酸盐20 mM。研究还开展了支链氨基酸代谢动力学实验、相关醇与醛的酶活检测，并通过13C NMR证实支链醇由对应的脂肪酸还原生成。
关键词
假乙醇热厌氧杆菌；嗜热；支链氨基酸；支链醇；硫代硫酸盐；厌氧发酵；酶活；核磁共振
研究目的
揭示假乙醇热厌氧杆菌在厌氧嗜热条件下分解支链氨基酸的代谢途径与产物分布，明确培养条件对产物生成的影响，阐明支链醇的合成路径。
研究思路
1. 在不同pH、液气比、硫代硫酸盐浓度下，以支链氨基酸为底物进行厌氧发酵。
2. 采用GC-FID、TCD检测发酵产物（醇、脂肪酸、氢气、硫化氢）。
3. 开展7天动力学实验，监测氨基酸降解与产物积累。
4. 检测粗酶液对醇、醛的脱氢酶活性，明确催化关键步骤。
5. 利用13C同位素标记与NMR验证支链醇的合成前体。
6. 使用Bioscreen C进行高温厌氧酶活定量测定。
研究亮点
1. 首次系统提供嗜热厌氧菌分解支链氨基酸生成支链醇的全数据集。
2. 明确硫代硫酸盐作为电子受体可显著促进支链氨基酸转化与醇生成。
3. 确定异亮氨酸转化为2-甲基-1-丁醇的最优培养条件。
4. 通过13C NMR直接证实支链醇由对应的脂肪酸还原而来。
5. 提供高温厌氧条件下醇/醛脱氢酶的广谱底物谱数据。
可延伸的方向
1. 优化工艺提高支链醇的产率与选择性。
2. 挖掘并过表达关键脱氢酶基因，构建高效合成菌株。
3. 探究多种底物协同利用对支链醇合成的影响。
4. 将该代谢途径应用于木质纤维素水解液的高值化转化。
5. 拓展至其他热厌氧杆菌的氨基酸代谢与产物合成研究。
测量的数据及研究意义
1. 支链氨基酸降解与产物数据：缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸分别转化为对应的支链脂肪酸与醇，硫代硫酸盐显著促进转化，来自表1，意义是证实菌株可高效代谢三类支链氨基酸，硫代硫酸盐为关键影响因子。
2. pH影响数据：pH 6.5时2-甲基-1-丁醇产量最高，pH<5或>9大幅抑制代谢，来自表2，意义是确定最适发酵pH，为工艺优化提供依据。
3. 液气比数据：液气比0.98时醇产量最高，高液气比抑制代谢，来自表3，意义是揭示顶空氢分压对氨基酸发酵的显著影响。
4. 硫代硫酸盐浓度数据：20 mM时醇产量最高，过高浓度产生抑制，来自表4，意义是明确最优电子受体添加量。
5. 发酵动力学数据：7天内氨基酸逐步降解，产物持续积累，来自表5-7，意义是揭示代谢时序规律，确定发酵终点。
6. 醇/醛脱氢酶活数据：酶对多种醇、醛具催化活性，NAD+偏好性更强，来自表8，意义是阐明支链醇合成的酶学基础。
7. 13C NMR数据：标记的丁酸转化为丁醇，来自图1-6，意义是直接证实醇由脂肪酸还原生成。
结论
1. 假乙醇热厌氧杆菌可在硫代硫酸盐存在下，将支链氨基酸转化为对应的支链脂肪酸与少量支链醇。
2. 培养条件显著影响代谢效率，最优条件为pH 6.5、液气比0.98、硫代硫酸盐20 mM。
3. 支链醇的合成路径是先形成支链脂肪酸，再被还原为对应的醇。
4. 菌株含广谱醇/醛脱氢酶，可催化多种短链与支链醇的氧化还原反应。
5. 该菌株在嗜热厌氧条件下转化氨基酸制备高值支链醇具有应用潜力。
使用芬兰Bioscreen仪器测量数据的研究意义
使用Bioscreen C在高温65℃厌氧环境下，连续监测580 nm吸光度变化，每2分钟自动读数，精准定量醇/醛脱氢酶的酶促反应动力学。该设备可实现严格厌氧、恒温、高通量酶活检测，消除手动操作误差与温度波动；为酶活计算提供高精度实时动力学数据，准确比较不同底物、辅因子下的酶活性差异；保证嗜热厌氧菌酶学实验的稳定性与重复性，是阐明支链醇合成酶学机制的核心技术支撑。