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微生物活性常通过细胞密度测量加以推断；然而，生物量形成仅仅是所谓合成代谢的间接累积结果。微生物活性更准确地应由能量保守或分解代谢来指示。在低生长或无生长条件下，这一点尤为明显，因为此时合成代谢基本保持不变，而仅凭生物量测量无法察觉分解代谢通量的变化。在厌氧及以气体为底物的代谢过程中，净气体交换与能量保守相关，因此可通过顶空测量对分解代谢进行定量。我们提出了一种适用于密封小瓶的非侵入式工作流程，利用高分辨率顶空压力测量来估算气体交换速率和分解代谢反应，从而能够实时可视化整个分批培养周期中的代谢转变。该方法应用于在血清瓶中培养的三株产乙醇梭菌（Clostridium autoethanogenum）菌株（JA1-1、LAbrini 和 LAbrini_mut）的一氧化碳（CO）发酵过程。其中两株在由 OD 推导的最大比生长速率上无法区分。基于压力推导的气体摄取速率解析出了气体消耗的多个指数阶段，并识别出代谢中的特定转变，这与从混合营养生长向自养生长的转变一致。研究还检测到终末顶空压力存在细微但显著的差异，从而提供了一个实验上易于获取的终态参数，用于表型表征；而这一参数会被常规侵入式顶空取样所掩盖。最后，基于压力推导的分解代谢速率还进一步支持对主要自养阶段相对产物形成的估算。通过识别气体消耗的若干指数阶段及其速率，以及最终绝对压力阈值的差异，成功实现了对这些菌株的表征与区分。这提供了仅凭 OD 测量无法获得的表型表征和认识。该研究借助高分辨率在线压力（气体交换）测量，建立了一个在密封分批培养小瓶中开展分解代谢分辨微生物表征的实用框架。压力测量可与 CO2 及分解代谢速率相关联这一假设，对溶解度/缓冲作用以及温度/蒸气效应较为敏感，但这些局限性可通过设置对照和采用补充分析方法加以解决。
微生物活性通常通过细胞密度测量来推断；然而，生物量形成仅仅是代谢中称为合成代谢的一个间接且累积的结果。相比之下，微生物活性更准确地体现于能量保守或分解代谢。在低生长或无生长条件下尤其如此，因为此时合成代谢保持恒定，而仅凭生物量测量无法察觉分解代谢通量的变化。在厌氧及以气体为底物的代谢过程中，净气体交换与能量保守相关，因此可通过顶空测量对分解代谢进行定量。我们提出了一种基于密封小瓶的非侵入式工作流程，利用高分辨率顶空压力测量估算气体交换速率并推断分解代谢反应，从而能够在整个分批培养周期内实时可视化代谢转变。该方法应用于在血清瓶中培养的三株 Clostridium autoethanogenum 菌株（JA1-1、LAbrini 和 LAbrini_mut）的一氧化碳（CO）发酵。其中两株根据 OD 推导的最大比生长速率（μmax）无法区分。基于压力推导的气体摄取速率解析出了气体消耗的多个指数阶段，并识别出特定的代谢转变，这与从混合营养生长向自养生长的转变一致。检测结果还显示，终末顶空压力存在虽小但显著的差异，从而提供了一个实验上可获取的终态参数用于表型表征，而这一参数在常规侵入式顶空取样中会被掩盖。最后，基于压力推导的分解代谢速率还进一步支持对主要自养阶段相对产物形成的估算。通过识别气体消耗的若干指数阶段及其速率，以及最终绝对压力阈值的差异，这些菌株得以成功表征并区分。由此获得了仅凭 OD 测量无法实现的表型表征和相关认识。该研究通过高分辨率在线压力（气体交换）测量，建立了一个在密封分批培养小瓶中开展分解代谢分辨微生物表征的实用框架。压力测量与 CO2 及分解代谢速率相关这一假设对溶解度/缓冲效应以及温度/蒸气效应较为敏感，但这些局限可通过对照实验和补充分析加以解决。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.08.729509v1?rss=1
🏷️ 在线压力测量 分解代谢监测 气体交换速率 产乙醇梭菌 一氧化碳发酵 微生物表型表征