運動發酵單胞菌

有關 Z. mobilis的記載，最早是1928年Lindner關於從墨西哥的龍舌蘭酒中分離的一種微生物的報道。後來人們從蘋果酒、棕櫚樹榨取液、甘蔗汁以及啤酒中均發現有 Z. mobilis的存在。從此，人們對這種細菌的形態、培養方式、代謝途徑及分類等基本特徵和在工業醫療領域的應用價值進行了大量的研究。

Z. mobilis屬革蘭氏陰性細菌，微好氧生長。它是唯一一種通過ED代謝途徑將葡萄糖和果糖轉化為乙醇的細菌。因其丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶基因能夠高效表達，乙醇發酵能力非常突出。同時 Z. mobilis生長的營養需求相對簡單。這些優點使得 Z. mobilis在工業化生產領域具有廣闊的應用前景。

Z. mobilis是一種革蘭氏陰性菌，大多呈直桿狀，尾端呈圓形或卵圓形，有1～4根鞭毛，寬1～1.5 µm，長2～6 µm，常成對存在，但很少集結成短鏈狀。兼性厭氧條件生長，在25～31 ℃，在無氧條件下生長最佳，有氧條件下也可生存，在60 ℃、5 min可滅活。 Z. mobilis高度耐酸，能在pH3.5～7.5之間生長。高度耐受酒精，在乙醇濃度5.5%條件下可以無影響生長，濃度達到7.7%時則無法生長。高度耐受葡萄糖，在含有20%濃度葡萄糖環境中可以正常生長，當濃度達到40%時只有11～89%的菌株可以存在。只要含有D-葡萄糖或果糖，就很容易在液體培養基中生長。但是生長的必需條件就是含有維生素H和泛酸鹽，且在培養基中混入氨基酸就可以使細菌生長的很好，但卻沒有一種氨基酸是生長所必需的。細菌在微需氧條件下，菌落直徑在2d時可以長到0.3 mm，7～8 d時長到3～5 mm，呈圓形，規則，有完整邊界，凸起狀，不透明，灰白色。

Z. mobilis存在廣泛。在壞掉的啤酒、蘋果酒、梨酒、發酵的龍舌汁、棕櫚汁、含糖的果汁及蜂蜜中均可以發現，尤其在熱帶國家的一些發酵植物果汁中很常見。

在代謝方面， Z. mobilis只能發酵葡萄糖、果糖和蔗糖。在1950年代早期，Gibbs和DeMoss就發現，發酵單胞菌在厭氧條件下以Enter-Doudoroff途徑(見圖1-2)代謝糖而在生物化學界揚名。這讓人們非常驚訝，因為發酵單胞菌是第一個(至今仍為數不多)厭氧條件下應用嚴格需氧菌代謝糖的途徑的細菌。Seo等報道了 Z. mobilis ZM4的全基因組序列后，提出造成這種現象的原因是因為細菌中缺少Embden-Meyerhof-Parnas代謝途徑的關鍵酶6-磷酸果糖激酶和三磷酸循環中的兩個關鍵酶2-酮戊二酸脫氫酶和蘋果酸脫氫酶，所以只能夠採用ED途徑代謝葡萄糖產生乙醇，這一過程中的關鍵酶是丙酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶。

發酵單胞菌只把很少量的一部分葡萄糖同化作為構造細胞用。約98%的葡萄糖發酵生成乙醇，只有2%作為碳源。有氧呼吸時，會把酒精變成醋酸。

Z. mobilis最大的不足處是其所能利用的碳源受到限制，無法充分利用木質纖維素水解糖類。因此，從20世紀80年代開始，人們便開始利用基因工程的方法改造 Z. mobilis，擴大其碳源範圍，經過20多年的努力，取得了很大的成功。同時，人們還嘗試利用 Z. mobilis強大的ED代謝途徑來生產其它產品，如丙氨酸、β-胡蘿蔔素等。