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Bioengineering

基于同位素示踪实验结合的工作流研究多营养源的微生物代谢

doi: 10.3791/56393 Published: January 22, 2018

Summary

本议定书描述了一个实验过程, 定量和全面地研究多种营养来源的代谢。这一工作流程, 基于同位素示踪实验和分析程序的结合, 使被消耗的营养素的命运和由微生物综合的分子的新陈代谢的起源被确定。

Abstract

微生物学领域的研究依赖于各种方法的实施。特别是, 适当的方法的发展大大有助于提供广泛的知识代谢的微生物生长在化学定义的媒体含有独特的氮和碳源。相比之下, 通过多种营养来源的新陈代谢的管理, 尽管它们在自然或工业环境中的广泛存在, 仍然几乎未被探索。这种情况主要是由于缺乏适当的方法, 妨碍了调查工作。

我们报告一个实验策略, 以定量和全面地探讨新陈代谢是如何运作的, 当一个营养素作为不同的分子,, 一个复杂的资源的混合物提供。在这里, 我们描述了它的应用, 通过酵母代谢网络评估多氮源的划分。该工作流结合了稳定同位素示踪实验中所获得的信息, 使用选定的13C 或15N 标记基板。它首先包括平行和可再生的发酵在同一个媒介, 包括 N 包含分子的混合物;但是, 每次选定的氮源都被标记。结合分析程序 (HPLC, gc-ms), 以评估目标化合物的标记模式, 并量化的消耗和回收的基质在其他代谢物。完整的数据集的综合分析提供了在细胞内消耗的基质的命运的概述。这种方法需要一个精确的协议, 收集 samples–facilitated 的机器人辅助系统的在线监测 fermentations–and 实现了大量的耗时分析。尽管有这些限制, 它还是第一次允许对酵母代谢网络中的多个氮源进行划分。我们阐明了从更丰富的来源向其他 n-化合物的氮的再分配, 并确定了挥发性分子和 proteinogenic 氨基酸的代谢来源。

Introduction

了解微生物代谢如何运作是一个关键问题的设计有效的战略, 以改善发酵过程和调节生产的发酵化合物。在过去的二十年中, 基因组学和功能基因组学的进步, 在很大程度上促进了许多微生物代谢网络拓扑的知识的扩展。对此信息的访问导致了旨在全面概述蜂窝功能1的方法的发展。这些方法通常依赖于基于模型的可测量参数的解释。这些实验数据一方面包括代谢物的吸收率和生产率, 另一方面, 从同位素示踪实验中获得的定量的细胞内信息。这些数据提供了在定义的新陈代谢网络中的不同通路的体内活动的扣除的基本信息2,3,4。目前, 可用的分析技术只能够准确地检测分子在使用单元素同位素时的标记模式, 并可能在两个同位素元素的共同标记下。此外, 在大多数生长条件下, 碳源只由一个或两个化合物组成。因此, 基于碳基板上的13C 同位素示踪剂的方法得到了广泛和成功的应用, 以全面了解碳代谢网络的运行情况5,6,7 ,8

相比之下, 在许多自然和工业环境中, 支持微生物生长的可用氮资源通常由广泛的分子组成。例如, 在葡萄酒或啤酒发酵过程中, 氮气作为18种氨基酸和铵的混合物提供, 在可变浓度下为9。这一系列的 N 类化合物, 可用于代谢使这些复杂的媒体条件大大不同于那些通常用于生理学研究, 因为后者是通过使用独特的氮源, 典型的铵。

总的来说, 内化的氮化合物可以直接纳入蛋白质或 catabolized。许多微生物的氮代谢网络结构, 包括酵母的酿酒酵母, 是非常复杂的根据基板的多样性。示意性地, 这个系统是基于氮代谢中心核心的组合, 它催化谷氨酰胺、谷氨酸和α-二的转换10,11, 具有转氨酶和 deaminases。通过这个网络, 胺基团从铵或其他氨基酸收集和α-酮酸释放。这些中间体也综合通过中央碳代谢 (CCM)12,13。这种大量的分支反应和中间体, 参与了外源氮源的分解和 proteinogenic 氨基酸的代谢, 满足了细胞的合成代谢要求。通过这些不同的相互连接的路线的活动也导致代谢物的排泄。特别是α-酮酸可以通过艾氏通路重定向产生更高的醇及其乙酸酯衍生物14, 这是产品感官图谱的重要贡献。随后, 氮代谢如何运作在生物质生产和挥发性分子 (香气) 的形成中起着关键作用。

有关氮代谢的反应、酶和基因在文献中有广泛的描述。然而, 在整个代谢网络中分配多种氮源的问题尚未得到解决。解释这种缺乏信息有两个主要原因。首先, 鉴于氮代谢网络的重要复杂性, 需要大量的定量数据才能完全了解它的运作, 直到现在。其次, 许多实验性的约束和分析方法的局限性阻碍了以前用于解释 CCM 函数的方法的实现。

为了克服这些问题, 我们选择了一种系统级的方法, 它是基于对一系列同位素示踪实验数据的核对。该工作流包括:
-在相同环境条件下进行的一组发酵, 而不同的营养源 (基质) 每次都被标记。
-结合分析程序 (HPLC、gc-ms), 在发酵的不同阶段, 对被标记的基质的残留浓度和化合物的浓度和同位素富集进行精确测定。标记分子的分解代谢, 包括衍生生物质。
-计算每个被消耗标记的分子的质量和同位素平衡, 并对数据集进行进一步的综合分析, 以获得全球对微生物通过测定通量比值管理多种营养源的概览.

要应用这种方法, 必须注意培养菌株/微生物的可再生行为。此外, 在相同的发酵过程中, 必须采取不同文化的样品。在这篇手稿中所报道的实验工作中, 一个机器人辅助系统用于在线监测发酵, 以此来解释这些限制。

此外, 必须选择一套标签的基板 (化合物, 性质, 和位置的标签), 这是适当的, 以解决科学问题的研究。在这里, 15N 标记铵、谷氨酰胺和精氨酸被选为葡萄汁中发现的三主要氮源。这就允许评估从消耗化合物到 proteinogenic 氨基酸的氮再分配模式。我们还研究了被消耗的氨基酸的碳骨架的命运及其对挥发性分子生产的贡献。为了实现这一目标, 在研究中加入了一致的13C 标记亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸和缬氨酸, 这些氨基酸是从艾氏通路的主要中间体中获得的。

总的来说, 我们定量地探讨了酵母如何管理一个复杂的氮资源, 通过重新分配外源氮源, 以满足其合成代谢的要求, 在整个发酵, 而另外消除过剩的碳前体挥发性分子。本文所报道的实验方法可用于研究其他微生物所使用的多种营养源。这似乎是分析遗传背景或环境条件对微生物代谢行为的影响的适当方法。

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Protocol

1. 发酵和取样

  1. 培养基和发酵的制备
    注: 所有的发酵都是并行进行的, 使用相同的应变和相同的化学定义的合成介质 (SM, 在表 1中提供的成分), 其中包括铵和氨基酸的混合物作为氮源的15。对于每种发酵, 一个单一的氮化合物只提供一个统一标记的13C 或15N 形式 (100%), 而其余的则保持未标记。对于在实验组中使用的每个标记的氮源 (这里: 15NH4, u-15N4-Arg, u-15N2-Gln, u-13C6-Leu, u-13C5-Val, u-13 C6-Ile, u-13 C4-Thr), 2发酵准备好了对于每个条件, 重复发酵只使用未标记的分子 (7 控制发酵) 进行。
    1. 对于要研究的每个 N 个源, 准备500毫升的 SM 介质, 其中包含表 1中列出的所有氮源, 但要用100% 标记形式的化合物除外。
      注: 在接下来的步骤中添加标记的分子。
    2. 消毒1升瓶 (10 分钟, 100 ° c) 中含有磁性搅拌棒的每种培养基。称适当数量的标记分子达到最终浓度, 在表 1中报告并将其溶解在介质中。
    3. 使用一次性真空过滤系统 (醋酸纤维素膜, 0.22 µm) 消毒介质。使用不育的测量缸, 在两个预先灭菌的发酵 (250 毫升) 之间划分介质, 其中含有磁性搅拌棒, 并配备发酵锁, 以避免进入氧气, 但允许 CO2的释放。
    4. 将发酵烧瓶加热到28° c, 将它们放在孵化室中1晚 (温度设置在28° c)。
  2. 发酵的接种与监测
    1. 在含有10毫升 YPD 培养基的无菌管中, 在28° c 的情况下, 以震动 (150 rpm) 为12小时, 培养出S. 酿酒酵母菌株。然后, 吸管1毫升的 YPD 培养, 并转移到10毫升的 SM 培养基 (在15毫升无菌管)。孵育文化为 12 h 在28° c 以震动 (150 转每分钟)。
    2. 在层流下, 收集一个培养分和量化的细胞数量使用一个电子粒子计数器, 装有一个100µm 口径。离心培养 (2000 x g, 15 min, 4 ° c), 并在适当的无菌水量中悬浮颗粒以获得 2.5 x 108细胞/毫升的最终浓度。接种每发酵1毫升的细胞悬液。
      注意: 用于监视发酵过程的机器人系统在图 1中进行了描述。
    3. 通过在21位搅拌板上正确放置的支撑导轨上安装发酵, 将搅拌速度设置为 270 rpm, 从而准备发酵平台。启动对每种发酵的在线监测, 启动机器人控制应用, 然后点击 "开始化验" 按钮, 选择要进行的发酵量 (300 毫升)。
    4. 所显示的接口允许在平台上指示数字和发酵的位置。要确保发生这种情况, 请右键单击插槽位置, 然后选择 "启用" 以激活位于该位置的发酵的监视。
    5. 初始化计算软件, 在系统上永久运行, 然后开始进行权重获取。单击 "Initialiser" 按钮并验证 "确定"。点击 "启动按钮" 的机器人控制应用程序开始的重量收购。
  3. 抽样程序
    注意: 对于每个发酵, 在本研究中, 当 CO2生产 (在运行计算软件的计算机上显示的在线值) 达到所需的设置点: 5、10、40和 90 g/L 时, 就会取样。
    1. 具有标记化合物的培养物的取样程序。
      1. 离心机两个6毫升样品 (2000 x g, 5 分钟, 4 ° c)。保存和储存在-80 ° c 的两个等分冷冻清。用5毫升蒸馏水冲洗两次, 并在-80 ° c 下贮存, 用于测量同位素富。
    2. 无标记化合物培养的抽样方法
      1. 收获10毫升的文化, 将用于干体重测定。通过离心 (2000 x g, 5 分钟, 4 ° c) 将两个10毫升样品中的细胞颗粒。用10毫升蒸馏水冲洗两次, 并将其储存在-80 ° c, 用于测定蛋白质和氨基酸含量。

2. 消耗的氮源的量化

  1. 酶法测定残余氨浓度
    注: 清中氨浓度的测定采用商业化酶试剂盒进行;所有的试剂都是由制造商提供的。
    1. 准备一个标准的氨溶液 (61.4 毫克/升), 溶解25毫克的精确称量 (NH4)2所以4在一个100毫升体积烧瓶。
    2. 为了满足制造商的指示, 执行1:2 稀释的样品, 在发酵和5克/升的 CO2释放。调整样品的 pH 值到大约8通过增加 1 M KOH。记下所增加的体积, 并在稀释系数中考虑到这一点。
    3. 在4毫升分光光度计试管, 混合100µL 样品 (必要时稀释), 蒸馏水或标准氨水溶液与2毫升试剂 1 (0.75 毫米 ADP 和 30 U/毫升谷氨酸脱氢酶在 pH 7.8 缓冲) 和500µL 试剂 2 (1.3 mm NADH)。在室温下孵育15分钟, 并读取 NADH 340 纳米 (A1) 的吸光度。
    4. 添加500µL 试剂 3 (60 毫米α-二在 pH 8 缓冲), 孵化样品为20分钟的室温, 并读取 NADH 吸光度在 340 nm (A2)。
    5. 使用以下方法计算氨浓度:
      C(g/升) = 0.083 x [(0.839 x A1-A2)样本-(0.839 x A1-A2)蒸馏水]
    6. 检查是否使用标准溶液获得正确浓度。
  2. 残留氨基酸浓度的色谱测定
    注: 在清中氨基酸浓度的测定是通过一种专用氨基酸分析系统实现的, 它是基于离子交换色谱和柱后衍生 n-化合物的茚, 从而使其比色检测。
    1. 准备一个参考解决方案, 添加200µL 的中性和酸性氨基酸的商业混合物, 200 µL 的商业混合物的基本氨基酸, 和200µL 2.5 毫米谷氨酰胺到400毫米的200µL 的柠檬酸锂缓冲, pH 2.2。这个化学定义的参考解决方案被视为一个样本。
    2. 添加200µL 25% (w/v) 水杨酸酸溶液, 其中含有2.5 毫米亮 (内部标准) 到800µL 样品, 以去除分子量高分子量。孵育1小时在4° c, 离心机 (3000 x g, 10 min, 4 ° c) 和过滤通过一个 0.22-µm 孔大小的硝化棉膜 (注射器系统)。
    3. 在程序员软件, 点击按钮 "运行" 开始的液相色谱 (LC) 分析与分析仪配备了阳离子交换柱 (锂形式)。洗的氨基酸与连续的锂缓冲, 创造了 pH 梯度和梯度的反离子浓度与温度梯度结合 (表 2)。
    4. 用分光光度检测器在 570 nm 茚衍生后的氮化合物 (紫色着色: 茚与胺类氨基酸的反应) 和 440 nm (黄色着色: 茚和胺组之间的反应脯氨酸)。
    5. 使用参考解决方案和亮作为内部标准进行单点内部校准, 以使用制造商的软件计算样品中氨基酸的浓度。

3. Proteinogenic 氨基酸的定量化

  1. 干电池重量的测量
    1. 过滤10毫升的文化通过硝化纤维过滤器 (孔径0.45 µm), 在铝杯前称量, 使用真空装置。用50毫升蒸馏水冲洗两次。
    2. 将过滤器放在铝杯中, 在105° c 的温度下晾干48小时 (直到没有观察到进一步的重量变化), 然后再在杯中 reweighing 过滤器。计算重量差异。
    3. 计算至少3独立测量的平均值, 以准确地确定酵母培养物的干电池重量。
  2. 细胞蛋白质含量的定量化
    注: 细胞的蛋白质含量的定量是至少在三个使用未标记的细胞小球, 获得如1.3.2 节所述。
    1. 将1毫升的亚甲基亚砜溶液 (50% 伏/v) 加入冷冻颗粒, 在干热烘箱中在105° c 下孵育1小时, 以提取蛋白质。
    2. 用生化比色法将亚甲基亚砜提取物中的蛋白质含量量化, 这是基于将 cu++的蛋白质还原为二辛可宁酸在蓝色络合物中进一步沉淀的 cu+离子。
  3. 蛋白质中氨基酸相对贡献的测定
    注: proteinogenic 氨基酸的剖面至少是由未标记的细胞小球 (1.3.2。
    1. 在200µL 甲酸酸 (90% 甲酸, 10% 过氧化氢) 中悬浮细胞颗粒, 制备氧化提取物。在4° c 孵育4小时, 并通过添加33.6 毫克硫酸钠停止反应。
      注: 氧化步骤需要将半胱氨酸和蛋氨酸转化为蛋氨酸砜和丙酸, 用离子交换色谱法进一步量化。然而, 某些氨基酸 (酪氨酸, 苯丙氨酸, 组氨酸, 和精氨酸) 在氧化处理过程中变性。因此, 两个水解物 (有和没有氧化) 准备。
    2. 添加800µL 6N HCl 到细胞颗粒或氧化提取物, 并在一个密封的玻璃管中孵育16小时在一个干燥的热烘箱110° c 的样品。添加200µL 的2.5 毫米亮和删除 HCl 与一流氮。用800µL 蒸馏水, 然后用800µL 乙醇洗净 (溶液干萃取液, 然后除去氮气流) 两次。在800µL 的200毫米醋酸锂缓冲, pH 2.2。
      注意: 在酸性条件下某些氨基酸不稳定时, 应注意水解的潜伏期。蛋白质中的色氨酸分数是从文献中的16中发现的, 因为这种氨基酸在 HCl 水解过程中是完全变性的。
    3. 为单点内部校准准备一个水解物标准。添加160µL 水解氨基酸到840µL 200 毫米醋酸锂缓冲液, pH 2.2, 其中含有625µM 蛋氨酸砜, 625 µM 丙酸, 625 µM 亮。
    4. 使用2.2 节描述的色谱法测定蛋白质中氨基酸的相对浓度。
  4. 计算
    1. 通过将每种氨基酸 (毫克/升) 的测定量除以蛋白质提取物 (毫克/升) 中测定的氨基酸总量来计算蛋白质中每个氨基酸的重量百分比。
    2. 乘以这个百分比的蛋白质浓度的文化 (镁/升),, 产品之间的蛋白质含量的生物量和干重, 以评估的浓度每 proteinogenic 氨基酸的文化 (毫克/升)。

4. Proteinogenic 氨基酸的同位素富集测定

注: 用于测定 proteinogenic 氨基酸的同位素富集, 使用标记的细胞颗粒。三种不同的试剂用于衍生化步骤来量化氨基酸的同位素富集。通过测量聚类离子的强度来估计氨基酸的标记模式。信号从每个群离子对应于大量 isotopomers (m0 = 没有标号, m+1 = 1 标记了原子,...) 氨基酸片段。在图 2中提供了 DMADMF 过程后获得的色谱的示例。

  1. 生物质水解
    1. 水解的细胞颗粒 (相当于1-2 毫克的干生物量) 添加1.2 毫升 6 M HCl 和孵化样品为 16 h 在105° c 的紧密封闭玻璃管在干燥的热烘箱。
    2. 加入1.2 毫升蒸馏水和离心机在 3000 x g为5分钟, 以消除细胞碎片。在开放的玻璃管中, 将上清液分布到六400µL 馏分中。在105° c 的烘箱中烘干馏分, 直至达到糖浆的稠度 (4-5 h)。
  2. Ethylchloroformate 衍生化
    1. 将干水解物溶解在200µL 20 毫米盐酸盐中;然后, 加入133µL 吡啶: 乙醇 (1:4)。添加50µL 的 derivatize 氨基酸, 并等待, 直到所有 CO2已被释放。将混合物转移到含有500µL 的二氯甲烷的离心管中, 以提取衍生化合物。
    2. 漩涡管为十年代和离心他们为4分钟在 1万 x g;收集较低的有机相与巴斯德吸管和转移到 gc 瓶, 其中包含锥形玻璃插入, 使样品可以直接注入到 gc/MS 仪器。
  3. (n, n)-胺二甲缩醛 (DMFDMA) 衍生。
    1. 将干水解物溶解在50µL 甲醇和200µL 乙腈中。添加300µL 的 DMFDMA。涡流管和转移样品到 GC 样瓶, 其中包含锥形玻璃刀片。
  4. n,n-双 (三甲基硅基) 乙酰 (BSTFA) 衍生
    1. 将水解物悬浮在200µL 的乙腈中。添加200µL BSTFA, 密封关闭玻璃管和孵化4小时在135° c 之前, 将提取物直接转移到 GC 瓶。
  5. gc-ms 分析
    1. 用装有样注射器的气相色谱仪分析样品, 并将其与质谱仪耦合。
      1. 使用仪器专用软件对仪器进行控制, 分析谱。在 "序列" 菜单中, 单击 "示例日志表" 以创建示例列表, 然后单击 "运行" 按钮开始注射。
        注: 气相色谱仪装有30米 x 0.25 毫米 apolar 二氧化硅毛细管柱, 其膜厚为0.15 微米。将质谱仪的四极温度设置在150° c, 并在250° c 下举行传输线的所有分析。三分析程序, 每一个特定的衍生化剂, 使用。
      2. 环保基金衍生物:使用氦作为流动阶段, 流量为1.2 毫升/分钟. 设置在230° c 和源的温度在250° c 的入口。程序的样注入1µL 的样品与分裂率为3:1。运行分析, 逐步提高烘箱温度如下: 130 ° c 为3分钟;梯度15° c/分至260° c;保持温度在260° c 20 分钟。
      3. DMFDMA 衍生物:使用氦作为流动阶段的恒定流量为1.2 毫升/分钟. 设置入口的温度在230° c 和那的来源在250° c。程序的样注入1µL 的样品与分裂率为3:1。运行分析, 逐步提高烘箱温度如下:60 ° c 为1分钟;梯度20° c/分至130° c;第二梯度4° c/分钟到260° c;保持温度在260° c 10 分钟。
      4. BSTFA 衍生物:使用氦作为流动阶段的恒定流量为1.2 毫升/分钟. 设置入口的温度在275° c 和那的来源在300° c。运行分析 (注: 1 µL), 逐步提高烘箱温度如下: 110 ° c 1 分钟;第一梯度2° c/分钟到154° c;第二梯度5° c/分钟到300° c;保持温度在300° c 10 分钟。
      5. 检测过程:对于每种衍生模式, 注入一个样本 (1 µL) 的扫描模式与正电子撞击电离在 70 eV, 并注意到每个氨基酸的保留时间。
      6. 使用这些值来定义整个色谱中的时间窗和不同的选定离子, 它们是每个氨基酸的特征, 并在表 3中列出;这些值应包括在每个氨基酸。将此信息包括在 sim 检测程序中, 并在 70 eV 上以正电子撞击电离的 sim 模式运行分析。
    2. 收集分析结果;即, 对于每一种氨基酸, 记录一簇与其不同质量 isotopomers 相对应的强度。使用 dedicatedsoftware17处理数据, 以更正自然标记和计算 proteinogenic 氨基酸的同位素富集 (定义为氨基酸的标记分数相对于蛋白质的总量样本)。
      注: 以百分率表示的分子 (即) 的同位素富集被计算除以 isotopomers 的修正强度与标记 (m1, m2,...n) 的总和所有质量 isotopomers 的强度 (m0, m1, m2,... mn):
      即 = (m1 + m2 +... + mn)/(m0 + m1+ m2 +... + mn)

5. 挥发性化合物的定量和同位素富集

  1. 标记挥发性化合物的提取
    1. 在15毫升玻璃管中加入10µL 氘内部标准至5毫升上清 (最终浓度为氘化合物: 100 µg/升)。加入1毫升的二氯甲烷, 紧紧地关闭管和动摇他们在一个摇摆平台上20分钟离心5分钟, 在 3000 x g 和收集有机下相在一个15毫升玻璃管。重复二氯甲烷萃取。
    2. 将有机萃取物干燥500毫克的无水硫酸钠, 用巴斯德吸管收集液相。在氮气通量下将萃取物浓缩为四, 并将其转移到 GC 样瓶中。
  2. 挥发性化合物的气相色谱-MS 定量
    1. 将气相色谱仪与30米 x 0.25 mm 的熔融二氧化硅毛细管柱配有0.25 μ m 薄膜厚度, 并应用恒定的氦流1.0 毫升/分钟. 在250° c 处按住注射器和传输线。
    2. 注入2µL 的样品, 分裂率为 10:1, 分离提取的挥发性分子使用以下烘箱温度剖面: 保持温度为3分钟在40° c, 增加它由4° c/分钟由220° c 然后举行烤箱在220° c 为 20 min。
    3. 用质谱仪检测化合物, 其源温度设置在230° c, 其质谱仪的四极温度设置在150° c。记录在选择的离子监测 (SIM) 模式的质量谱与正电子撞击电离在 70 eV 和使用的离子簇特定的挥发性化合物, 报告在表 4
    4. 使用外部7点校准, 从相应离子簇的强度的总和中量化挥发性分子的浓度。在100% 乙醇中制备每种化合物 (10 克/升) 的库存溶液。然后, 通过混合库存溶液, 为每类挥发性分子 (乙酯、醋酸、醇和酸) 制备标准溶液。最后, 在 12% hydroalcoholic 溶液中稀释不同数量的标准溶液, 其中含有5克/L 酒石酸, pH 值调整到3.3 以制备校准溶液。
    5. 同时, 对每个离子簇强度的自然标记进行校正, 并计算挥发性化合物的同位素富集, 这被定义为分子的标记分数, 并用专用软件表示为百分比。17

6. 对数据集进行综合分析的计算

  1. 原始数据的集合
    1. 使用表5、6、7、8中显示的电子表格, 输入与胞外氨基酸浓度、细胞干重、细胞蛋白质含量、挥发性分子浓度和同位素相对应的原始数据值。proteinogenic 氨基酸和挥发性分子的富集。
      注意: 表中显示的数据用 mM 表示。所有的结果也表示在毫克/升通过乘以每个分子的分子量, 或在毫克 N/l 通过乘以 proteinogenic 氨基酸的 millimolar 浓度的氮原子质量 (14 u) 和由氮的数量。这是由这个分子的分解代谢所提供的。
    2. 计算蛋白质中每种氨基酸的质量百分比, 将其在水解物中的含量除以氨基酸的总量 (它们在镁/升中的总和)。
    3. 从独立实验所得的数据计算平均值、标准偏差和标准误差。
    4. 计算每种氨基酸的 proteinogenic 浓度 (毫克/升), 将这种氨基酸在蛋白质 (mg aa/g 蛋白) 中的百分比乘以生物量中的蛋白质 (g 蛋白/g DW) 和干重含量 (生物质生产)中型 (g DW/L)。
  2. 15N 同位素示踪实验
    1. 使用表 9中提供的电子表格, 计算 proteinogenic 氨基酸 (以毫克/升表示) 中存在的标记和未标记的氮分数 (以毫克/升) 和它们的总浓度同位素富。对于每个氨基酸, 标记分数对应于产品的总浓度和它的同位素富集, 而未标记的部分是总量和标记量的差额。
    2. 然后, 通过总结 Ala 的总用量, 确定该研究中所含 proteinogenic 氨基酸中含有的蛋白质中总氮的分数, 甘, Val, Asp, 美国, a, 伊, 赖氨酸, 他, 谷氨酸和 Arg (在毫克/升) 和除以总蛋白质中含有的氮的载入。
    3. 计算在本研究中 proteinogenic 酸中的精氨酸、谷氨酰胺或铵所提供的氮, 通过对在研究中量化的 proteinogenic 氨基酸的标记分数 (毫克/升) 求和 (Ala, 甘, Val, Asp,在实验中, 在15N 标记的精氨酸、谷氨酰胺或铵的存在下, 将这个标记氮的分数除以定量的 proteinogenic 氨基中的氮总量氨基酸.
    4. 通过将13C 和15N 同位素示踪实验 (电子表格表 7) 中的数据组合起来, 评估3种最丰富的氨基酸对用于de 从头生物合成的细胞内氮池的贡献。
    5. 从总金额 (以 mM 表示) 的 proteinogenic Val, 列伊, 或, 或, 扣除从直接并入消耗化合物 (13C 实验) 和部分是de 从头综合使用氮从3主要来源, 以评估的分数, 是de 从头综合使用氮从其他氨基酸。
    6. 然后, 用酰、Arg 和 NH 4+ (mm 表示的总和) 对 proteinogenic 氨基酸的总用量 (mm) 来计算氨基酸的综合量的比值, 以量化精氨酸、谷氨酰胺和铵到胞内氮池。
  3. 13C 同位素示踪实验
    1. 计算 proteinogenic 氨基酸的标记和未标记的分数, 从毫米和 proteinogenic 氨基酸的同位素富中得到的浓度表示, 在存在13C 标记的列伊, Val,(请参见 6.2.1,表 10)。
    2. 计算在实验过程中, 在存在13C 标记的列伊、Val、微笑或 () 中所获得的挥发性化合物的浓度和同位素富中所标明的和未标记的组分.表 10)。

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Representative Results

图 3提供了工作流的示意图, 该流程图是为了调查在葡萄酒发酵过程中发现的多种氮源的酵母的管理情况而实施的。
对于不同的取样点, 生物 parameters–growth 特性、氮耗形态和 proteinogenic 氨基 acids–show 的剖面在发酵中具有很高的重现性 (图 4)。这种一致性根据在一组14独立发酵中生成的数据的组合来验证方法的相关性。

图 5显示了从葡萄汁中可获得的所有 proteinogenic 氨基酸的来源重新分配氮的全面概述。这一分析主要是通过在存在15N 标记化合物的情况下进行的实验得到的结果支持的。结合质量和同位素平衡的测定, 测量 proteinogenic 氨基酸的同位素富集提供了第一定量的贡献氮源精氨酸, 谷氨酰胺, 铵, 和其他这些化合物的胺类的来源。这里强调的氮的重要再分配反映了在维持酵母生长的过程中,从头合成氨基酸的实质性作用。

此外, 这项研究, 比较蛋白质的标记化合物的数量与他们的消费, 允许被消耗的含氮分子的分数直接纳入蛋白质时, 他们进入细胞进行评估。Proteinogenic 氨基酸根据他们的直接并网水平被区分在生物量;其中一些专用 (Asp、谷氨酸) 或超过 80% de 从头综合, 而只有少量其他化合物是由de 从头合成生成的。有趣的是, 这最后一个群体包括赖氨酸和组氨酸, 这是唯一的氨基酸, 所有的消耗来源都直接纳入。

图 5B还对某些氨基酸进行了比较, 将直接回收到生物量中的消耗氨基酸量与从15N 标记实验中获得的数据进行计算, 并在13 中进行了实验测量。C 标记实验。这些值之间的细微差异表明了本研究中所采用的方法的可靠性和稳健性。

图 6显示了通过执行本文所报告的工作流而获得的代谢通路的定量分区 (比率) 的示例。这张地图是通过结合同位素示踪实验的信息, 使用15N 和13C 标记的基板, 并描述了在含有缬氨酸的代谢网络中所消耗的脂肪族氨基酸的划分。酵母中的亮氨酸生物合成 (有关计算, 请参阅表 1表 2)。通过测量 proteinogenic 氨基酸和挥发性化合物的生产和同位素富集, 我们评估了这些化合物的综合从消耗的 u-c13-缬氨酸和 u-c13的碳骨干的数量。亮氨酸, 对应于化合物的标记的分数。随后, 我们能够确定 CCM 对其形成的贡献 (化合物的未标记分数)。使用工作流程建立的碳质量平衡和计算过程表明, 在其转化产物中, 有超过96% 的被消耗的缬氨酸和亮氨素被回收, 即 proteinogenic 亮氨酸和缬氨酸和挥发性高醇.这一发现证实了报告的方法对新陈代谢定量研究的适用性。综合和全面的数据集分析提供了新的洞察力的命运消耗氨基酸。令人惊讶的是, 尽管在培养基中的这些化合物的可获得性与生物量的含量之间存在相当大的不平衡, 但缬氨酸和亮氨酸的相当一部分 catabolized。然而, 直接加入到蛋白质中的外源 n-化合物的分数取决于氨基酸的性质。另一个关键问题是 proteinogenic 氨基酸和挥发性分子的代谢来源。对 proteinogenic 亮氨酸和缬氨酸的13C 标记模式的分析表明, 这些氨基酸的碳骨架主要来源于通过 CCM 综合的前驱体。根据这一观察, 低丁醇和异戊醇中的标签的加入表明了酵母在这些高级醇的形成中所消耗的缬氨酸和亮氨酸的分解作用非常有限。

Figure 1
图1。用于监视高吞吐量发酵的自动化机器人系统.(A) 机器人平台。发酵 (a) 被放置在磁搅拌板 (b) 的支撑导轨上。安全灯帘 (c) 保护用户。机器人臂 (d) 将发酵从其在6搅拌板上的位置依次移动到工作台左侧的精确平衡 (e), 每4小时测量一次重量。机器人平台位于温度控制室。(B) 软件体系结构的示意图表示形式。图形界面使用户能够定义实验设置。这些信息被传送到控制机器人手臂并记录不同原始数据中不同重量的控件应用程序. xlm 文件 (1 文件/发酵)。然后计算软件收集 xlm 文件, 并计算每个时间点的 CO2释放量 (以 g/L 表示), 这与此时消耗的糖量成正比, 而发酵率对应于 co2生产的速率, 在 g co2/h/小时 (与糖消耗率成正比)。数据存储在关系数据库中, 并使用专用的图形界面进行可视化。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图2。proteinogenic 氨基酸的 gc-ms 分析: 以丙氨酸为例(A) proteinogenic 氨基酸的衍生化后得到的色谱 DMFDMA。(B) 衍生丙氨酸的质谱。与 m0/z = 99 和 m0/z = 158 的片段相对应的两个主峰值。(C) 丙氨酸与 DMFDMA 的衍生化反应。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图3。用酵母对多氮源代谢进行定量分析的工作流.这一过程包括 (一) 一套28发酵 (7 氮源和发酵, 含有或不含氮化合物的重复);(二) 一个分析部分, 涉及分子提取和衍生的不同程序和 HPLC 或 GM-质谱分析, 以及 (三) 原始数据的处理和数据集的综合分析。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 4
图4。从一组独立的发酵生物参数的重现性.(A-b)用未标记化合物进行的14独立发酵的平均值和干重和蛋白质含量的标准偏差。(C-D)使用未标记化合物进行14独立发酵时测定的 proteinogenic 和消耗氨基酸的平均值和标准偏差。CO2生产: 5 (绿色), 10 (蓝色), 40 (粉红色) 和 90 (紫色) g/L.请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 5
图5。在发酵过程中, 从三主要氮源向 proteinogenic 氨基酸的氮素再分配.(A) proteinogenic 氨基酸的代谢来源: 直接将消耗的相对物 (蓝色) 和de 从头合成, 使用消耗精氨酸 (橙色)、谷氨酰胺 (绿色)、铵 (粉红色) 或其他氨基酸提供的氮 (紫色)。表示为每 proteinogenic 氨基酸总量的百分比。(B) 在蛋白质中直接回收的被消耗氨基酸 (蓝色) 和被消耗的氨基酸的数量之间的比较, 从在15N 示踪实验 (紫色) 或实验中获得的数据计算得出在发酵过程中用13C 标记分子 (粉红色) 进行测量。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 6
图6。对缬氨酸和亮氨酸代谢的定量分析.当 CO2的40克/升产生时, 通过代谢网络分割消耗的亮氨酸 (绿色) 和缬氨酸 (蓝色)。条形与每种化合物的数量成正比, 并以µM 表示, 包括从中央碳代谢中综合的分数 (橙色)。常规字体中的值: µM 中的金额;斜体字体中的值: 通过通道 catabolized 的所消耗的缬氨酸 (蓝色) 或亮氨酸 (绿色) 的百分比。计算在表 1表 2中提供。请单击此处查看此图的较大版本.

化合物 每升金额
葡萄糖 C6H12O6 240克
苹果酸 C4H6O5 6克
柠檬酸 C6H8O7 6克
磷酸钾2PO4 0.75g
硫酸钾 K2SO4 0.5 克
硫酸镁 MgSO4, 7H2O 0.25 克
氯化钙 CaCl2, 2H2O 0.155g
氯化钠氯化钠 0.2g
肌醇 20毫克
泛酸钙 1.5 毫克
盐酸硫胺素 0.223 毫克
烟酸 2毫克
0.25 毫克
0.003
MnSO4·H2O 4毫克
ZnSO4· 7H2O 4毫克
丘索4· 5H2O 1毫克
CoCl2· 6H2O 0.4 毫克
H3BO3 1毫克
(NH4)6Mo7O24 1毫克
麦角 3.75 毫克
油酸 1.25 µL
吐温80 125µL
酪氨酸 8.6 毫克
84.4 毫克
15.4 毫克
20.9 毫克
谷氨酸 56.7 毫克
176.2 毫克
22.8 毫克
35.7 毫克
8.6 毫克
237.8 毫克
68.4 毫克
20.9 毫克
14.8 毫克
17.9 毫克
37.0 毫克
15.4mg
赖氨酸 8.0 毫克
胱氨酸 6.2 毫克
288.3 毫克
氯化铵 NH4Cl 220毫克
媒介的 pH 值被调整了到3.3 与氢氧化钠 10 m。

表1。本研究所用合成介质的组成.这种化学定义的培养基模仿葡萄汁的成分。

洗脱缓冲器 温度
从0到6分钟 柠檬酸锂, 200 毫米, pH 值2。8 32° c
从6到38分钟 柠檬酸锂, 300 毫米, pH 值3 32° c
从38到57分钟 柠檬酸锂, 500 毫米, pH 值3.15 64.5 ° c
从57到83分钟 柠檬酸锂, 900 毫米, pH 值3。5 75° c
从83到120分钟 柠檬酸锂, 1650 毫米, pH 值3.55 75° c
从120到130分钟 hydroxyde 锂, 300 毫米

表2。用离子交换色谱法分离氨基酸的条件.随着盐浓度的增加, 洗脱缓冲器先后与温度梯度结合使用, 以使氨基酸分离。

氨基酸 Derivatizing 试剂 RT (分钟) 离子簇 (米/z)
a 3.86 116、117、118、119
DMFDMAb 6.37 99、100、101、102
DMFDMAb 6.37 158、159、160、161
a 4.19 102、103、104
a 4.19 175、176、177
DMFDMAb 6.61 85、86、87
DMFDMAb 6.61 144、145、146
a 4.97 144、145、146、147、148、149
DMFDMAb 7.37 127、128、129、130、131、132
DMFDMAb 7.37 143、144、145、146、147、148
DMFDMAb 7.37 186、187、188、189、190、191
a 5.67 158、159、160、161、162、163、164
a 5.85 158、159、160、161、162、163、165
a 6.48 146、147、148、149、150
a 6.48 175、176、177、178、179
a 6.53 132、133、134、135
a 6.53 175、176、177、178
a 6.83 142、143、144、145、146、147
a 7.89 188、189、190、191、192
DMFDMAb 11.77 115、116、117、118、119
DMFDMAb 11.77 216、217、218、219、220
谷氨酸 a 8.81 202、203、204、205、206、207
DMFDMAb 12.75 111、112、113、114、115、116
DMFDMAb 12.75 143、144、145、146、147、148
DMFDMAb 12.75 230、231、232、233、234、235
a 9.53 192、193、194、195、196、197、198、199、200、201
DMFDMAb 13.67 143、144、145、146、147、148、149、150、151、152
赖氨酸 a 11.95 156、157、158、159、160、161、162
a 12.54 327、328、329、330、331、332、333
BSTFAc 18。8 174、175、176、177、178、179
a氯甲酸乙酯;bDMFDMA, (n, n)-胺二丁缩醛;cBSTFA, (N, O 双 (三甲基硅) 乙酰)。

表3。利用选择的离子监测 (SIM) 模式测定氨基酸同位素富的分析参数。该表概述了用于衍生化的化学试剂、衍生化合物的保留时间以及每种氨基酸在 MS (模式电子撞击) 中获得的离子簇。

氨基酸 Derivatizing 试剂 RT (分钟) 离子簇 (米/z)
a 3.86 116、117、118、119
DMFDMAb 6.37 99、100、101、102
DMFDMAb 6.37 158、159、160、161
a 4.19 102、103、104
a 4.19 175、176、177
DMFDMAb 6.61 85、86、87
DMFDMAb 6.61 144、145、146
a 4.97 144、145、146、147、148、149
DMFDMAb 7.37 127、128、129、130、131、132
DMFDMAb 7.37 143、144、145、146、147、148
DMFDMAb 7.37 186、187、188、189、190、191
a 5.67 158、159、160、161、162、163、164
a 5.85 158、159、160、161、162、163、165
Threonin a 6.48 146、147、148、149、150
a 6.48 175、176、177、178、179
a 6.53 132、133、134、135
a 6.53 175、176、177、178
a 6.83 142、143、144、145、146、147
a 7.89 188、189、190、191、192
DMFDMAb 11.77 115、116、117、118、119
DMFDMAb 11.77 216、217、218、219、220
谷氨酸 a 8.81 202、203、204、205、206、207
DMFDMAb 12.75 111、112、113、114、115、116
DMFDMAb 12.75 143、144、145、146、147、148
DMFDMAb 12.75 230、231、232、233、234、235
a 9.53 192、193、194、195、196、197、198、199、200、201
DMFDMAb 13.67 143、144、145、146、147、148、149、150、151、152
赖氨酸 a 11.95 156、157、158、159、160、161、162
a 12.54 327、328、329、330、331、332、333
BSTFAc 18。8 174、175、176、177、178、179

表4。分析参数用于测定同位素富和定量的挥发性化合物使用选定的离子监测 (SIM) 模式.该表总结了每种挥发性化合物在 MS (模式电子撞击) 中获得的离子的保留时间和簇数。

表5。从残留氨基酸定量化获得的原始数据的处理数据集包含来自初始和剩余氨基酸的测量数据。这些值用于计算被消耗的氨基酸的数量 (通过减法)。计算方法和标准偏差。请单击此处下载此表.

表6。从 proteinogenic 氨基酸的定量中获得的原始数据的处理。此数据集包含生物量水解物 (A) 和生物量中蛋白质的组分 (B) 中氨基酸组成的数据。这些值用于评估蛋白质中每个氨基酸的质量百分比 (C)。计算方法和标准偏差。请单击此处下载此表.

表7。Proteinogenic 氨基酸。此电子表格用于计算从表 5表 6中汇总的数据中的 proteinogenic 氨基酸的浓度 (毫米)。计算方法和标准偏差。请单击此处下载此表.

表8。从高醇的量化中获得的原始数据的处理。数据集包括来自测量挥发性化合物浓度 (A) 的数据, 并将以 mg/L 单位表示的数据转换为µM (B)。计算方法和标准偏差。请单击此处下载此表.

表9。使用 15N 标记基板的方法测定 proteinogenic 氨基酸同位素富的原始数据的处理。
计算方法和标准偏差。请单击此处下载此表.

表10。通过使用 13 C 标记的基板来确定 proteinogenic 氨基酸和挥发性化合物的同位素富的原始数据的处理方法.
计算方法和标准偏差。请单击此处下载此表.

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Discussion

利用同位素示踪实验, 通过代谢网络定量化化合物, 是了解微生物代谢操作的一种很有前途的方法。这种方法, 虽然成功地应用于一个或两个标记的基板, 目前不能实施研究的代谢各种来源使用多重标记元素同位素 (, 超过两个基板)。事实上, 可用的分析技术能够准确地确定 proteinogenic 氨基酸和分子的标记模式, 仅当使用单一元素的同位素时, 并且可能时用两个元素进行联合标记。因此, 为了解决这些限制和评估微生物对多种营养源的管理, 我们选择在相同的环境条件下重复一组区域性, 同时用13C 或15标记选定的基板N 同位素。然后, 每个13C 或15N 示踪实验提供的具体信息的进一步组合提供了对多个源的新陈代谢的定量扩展视图。

所报告的办法的实现有赖于在标准条件下和在对所有文化都相同的生理状态下的细胞群体中收集样本的情况下实现可重现的一系列文化 (细胞增长, 消费的基板,)。这些条件必须满足, 以便从独立的实验中获得的数据可以混合在一起并进行分析。满足这些限制需要对微生物活动进行准确和频繁的监测, 在这里所报告的实验工作中, 使用机器人辅助系统在线监测酵母发酵活动。然而, 传统的微生物培养和监测方法, 如通过测量光学密度来确定细胞生长, 可用于规范取样过程。

实施这一方法的另一个先决条件是对要调查的网络中所涉及的新陈代谢途径有一个明确的看法。这些知识对于选择最适合处理正在研究的问题的标签基板是至关重要的。标记的化合物以及标记的性质和位置 (13C、 15N 或其他) 在分子之内必须适当地被选择为 i) 恢复所有标签由基体提供的化合物是从派生的他们的分解代谢, 并进一步分析在程序和 ii) 获得冗余数据, 证明方法的准确性和结果的有效性。这里所述的程序还包括大量的分析, 可能耗费时间, 在人力和财政资源方面代价高昂。此外, 一些分析性限制可能会限制这种方法的使用。首先, 用户应确保在微生物代谢过程中所产生的化合物的定量化所需的所有分析方法以及测定其同位素富集都是可行的。其次, 这种方法只适用于评估所有转化化合物生产的基板的新陈代谢, 这些物质的数量足以精确地量化。

本文应用此工作流程, 对酿酒酵母在发酵过程中多氮源的管理进行了探讨。这份报告提供了关于酵母代谢的新见解, 包括大部分消耗的氨基酸的大量分解, 再加上它们直接加入蛋白质, 以及 CCM 对供应前体的主要贡献, 进一步用于两个de 从头合成的 proteinogenic 氨基酸和挥发性分子的形成。

更广泛地说, 这里描述的方法可用于通过任何微生物的代谢网络来定量化多个基底的划分。它将允许研究人员在进入细胞后阐明所有被消耗的化合物的命运, 并解决前体和产物的代谢来源的鉴定问题。这些信息可用于比较不同遗传背景或在不同条件下生长的菌株的代谢活性, 从而设计合理的策略来改善发酵过程。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

我们感谢让-Roch Mouret, 西尔维亚 Dequin 和吉恩-玛丽 Sabalyrolles 为帮助的概念, 机器人辅助发酵系统和马丁 Pradal, 尼古拉布维尔和帕斯卡尔 Brial 为他们的技术支持。这一项目的经费由全国 Ministère 教育、de la 研究等技术提供。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
D-Glucose PanReac 141341.0416
D-Fructose PanReac 142728.0416
DL-Malic acid Sigma Aldrich M0875
Citric acid monohydrate Sigma Aldrich C7129
Potassium phosphate monobasic Sigma Aldrich P5379
Potassium sulfate Sigma Aldrich P0772
Magnesium sulfate heptahydrate Sigma Aldrich 230391
Calcium chloride dihydrate Sigma Aldrich C7902
Sodium chloride Sigma Aldrich S9625
Ammonium chloride Sigma Aldrich A4514
Sodium hydroxide Sigma Aldrich 71690
Manganese sulfate monohydrate Sigma Aldrich M7634
Zinc sulfate heptahydrate Sigma Aldrich Z4750
Copper (II) sulfate pentahydrate Sigma Aldrich C7631
Potassium iodine Sigma Aldrich P4286
Cobalt (II) chloride hexahydrate Sigma Aldrich C3169
Boric acid Sigma Aldrich B7660
Ammonium heptamolybdate Sigma Aldrich A7302
Myo-inositol Sigma Aldrich I5125
D-Pantothenic acid hemicalcium salt Sigma Aldrich 21210
Thiamine, hydrochloride Sigma Aldrich T4625
Nicotinic acid Sigma Aldrich N4126
Pyridoxine Sigma Aldrich P5669
Biotine Sigma Aldrich B4501
Ergostérol Sigma Aldrich E6510
Tween 80 Sigma Aldrich P1754
Ethanol absolute VWR Chemicals 101074F
Iron (III) chloride hexahydrate Sigma Aldrich 236489
L-Aspartic acid Sigma Aldrich A9256
L-Glutamic acid Sigma Aldrich G1251
L-Alanine Sigma Aldrich A7627
L-Arginine Sigma Aldrich A5006
L-Cysteine Sigma Aldrich C7352
L-Glutamine Sigma Aldrich G3126
Glycine Sigma Aldrich G7126
L-Histidine Sigma Aldrich H8000
L-Isoleucine Sigma Aldrich I2752
L-Leucine Sigma Aldrich L8000
L-Lysine Sigma Aldrich L5501
L-Methionine Sigma Aldrich M9625
L-Phenylalanine Sigma Aldrich P2126
L-Proline Sigma Aldrich P0380
L-Serine Sigma Aldrich S4500
L-Threonine Sigma Aldrich T8625
L-Tryptophane Sigma Aldrich T0254
L-Tyrosine Sigma Aldrich T3754
L-Valine Sigma Aldrich V0500
13C5-L-Valine Eurisotop CLM-2249-H-0.25
13C6-L-Leucine Eurisotop CLM-2262-H-0.25
15N-Ammonium chloride Eurisotop NLM-467-1
ALPHA-15N-L-Glutamine Eurisotop NLM-1016-1
U-15N4-L-Arginine Eurisotop NLM-396-PK
Ethyl acetate Sigma Aldrich 270989
Ethyl propanoate Sigma Aldrich 112305
Ethyl 2-methylpropanoate Sigma Aldrich 246085
Ethyl butanoate Sigma Aldrich E15701
Ethyl 2-methylbutanoate Sigma Aldrich 306886
Ethyl 3-methylbutanoate Sigma Aldrich 8.08541.0250
Ethyl hexanoate Sigma Aldrich 148962
Ethyl octanoate Sigma Aldrich W244910
Ethyl decanoate Sigma Aldrich W243205
Ethyl dodecanoate Sigma Aldrich W244112
Ethyl lactate Sigma Aldrich W244015
Diethyl succinate Sigma Aldrich W237701
2-methylpropyl acetate Sigma Aldrich W217514
2-methylbutyl acetate Sigma Aldrich W364401
3-methyl butyl acetate Sigma Aldrich 287725
2-phenylethyl acetate Sigma Aldrich 290580
2-methylpropanol Sigma Aldrich 294829
2-methylbutanol Sigma Aldrich 133051
3-methylbutanol Sigma Aldrich 309435
Hexanol Sigma Aldrich 128570
2-phenylethanol Sigma Aldrich 77861
Propanoic acid Sigma Aldrich 94425
Butanoic acid Sigma Aldrich 19215
2-methylpropanoic acid Sigma Aldrich 58360
2-methylbutanoic acid Sigma Aldrich 193070
3-methylbutanoic acid Sigma Aldrich W310212
Hexanoic acid Sigma Aldrich 153745
Octanoic acid Sigma Aldrich W279900
Decanoic acid Sigma Aldrich W236403
Dodecanoic acid Sigma Aldrich L556
Fermentor 1L Legallais AT1357 Fermenter handmade for fermentation
Disposable vacuum filtration system Dominique Deutscher 029311
Fermenters (250 ml) Legallais AT1352 Fermenter handmade for fermentation
Sterile tubes Sarstedt 62.554.502
Fermentation locks Legallais AT1356 Fermetation locks handmade for fermentation
BactoYeast Extract Becton, Dickinson and Company 212750
BactoPeptone Becton, Dickinson and Company 211677
Incubator shaker Infors HT
Particle Counter Beckman Coulter 6605697 Multisizer 3 Coulter Counter
Centrifuge Jouan GR412
Plate Butler Robotic system Lab Services BV PF0X-MA Automatic instrument
Plate Butler Software Lab Services BV Robot monitor software
RobView In-house developed calculation software
My SQL International source database
Cimarec i Telesystem Multipoint Stirrers Thermo Fisher Scientific 50088009 String Drive 60
BenchBlotter platform rocker Dutscher 60903
Ammonia enzymatic kit R-Biopharm AG 5390
Spectrophotometer cuvettes VWR 634-0678
Spectrophotometer UviLine 9400 Secomam
Amino acids standards physiological - acidics and neutrals Sigma Aldrich A6407
Amino acids standards physiological - basics Sigma Aldrich A6282
Citrate lithium buffers - Ultra ninhydrin reagent Biochrom BC80-6000-06
Sulfosalycilic acid Sigma Aldrich S2130
Norleucine Sigma Aldrich N1398
Biochrom 30 AAA Biochrom
EZChrom Elite Biochrom Instrument control and Data analysis software
Ultropac 8 resin Lithium Biochrom BC80-6002-47 Lithium High Resolution Physiological Column
Filter Millex GV Merck Millipore SLGVX13NL Millex GV 13mm (pore size 0.22 µm)
Membrane filter PALL VWR 514-4157 Supor-450 47mm 0.45µm
Vacuum pump Millivac Mini Millipore XF5423050
Aluminium smooth weigh dish 70mm VWR 611-1380
Precision balance Mettler Specifications AE163
Dimethyl sulfoxid dried Merck 1029310161 (max. 0.025% H2O) SeccoSolv
Combustion oven Legallais
Pierce BCA protein assay kit Interchim UP40840A
Formic acid Fluka 94318
Hydrogen peroxide Sigma Aldrich H1009
Hydrochloric Acid Fuming 37% Emsure Merck 1003171000 Grade ACS,ISO,Reag. Ph Eur
Lithium acetate buffer Biochrom 80-2038-10
Commercial solution of hydrolyzed amino acids Sigma Aldrich AAS18
L-Methionine sulfone Sigma Aldrich M0876
L-Cysteic acid monohydrate Sigma Aldrich 30170
Pyrex glass culture tubes Sigma Aldrich Z653586
Pyridine Acros Organics 131780500 99% Extrapure
Ethyl chloroformate Sigma Aldrich 23131
Dichloromethane Sigma Aldrich 32222
Vials Sigma Aldrich 854165
Microinserts for 1.5ml vials Sigma Aldrich SU860066
GC/MS Agilent Technologies 5890 GC/5973 MS
Chemstation Agilent Technologies Instrument control and data analysis software
Methanol Sigma Aldrich 34860 Chromasolv, for HPLC
Acetonitrile Sigma Aldrich 34998 ChromasolvPlus, for HPLC
N,N-Dimethylformamide dimethyl acetal Sigma Aldrich 394963
BSTFA Sigma Aldrich 33024
DB-17MS column Agilent Technologies 122-4731 30m*0.25mm*0.15µm
Sodium sulfate, anhydrous Sigma Aldrich 238597
Technical nitrogen Air products 14629
Zebron ZB-WAX column Phenomenex 7HG-G007-11 30m*0.25mm*0.25µm
Helium BIP Air products 26699
Glass Pasteur pipettes VWR 612-1702

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References

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基于同位素示踪实验结合的工作流研究多营养源的微生物代谢
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Bloem, A., Rollero, S., Seguinot, P., Crépin, L., Perez, M., Picou, C., Camarasa, C. Workflow Based on the Combination of Isotopic Tracer Experiments to Investigate Microbial Metabolism of Multiple Nutrient Sources. J. Vis. Exp. (131), e56393, doi:10.3791/56393 (2018).More

Bloem, A., Rollero, S., Seguinot, P., Crépin, L., Perez, M., Picou, C., Camarasa, C. Workflow Based on the Combination of Isotopic Tracer Experiments to Investigate Microbial Metabolism of Multiple Nutrient Sources. J. Vis. Exp. (131), e56393, doi:10.3791/56393 (2018).

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