Sucrose, a compatible osmolyte in cyanobacteria, functions both as an energy reserve and as osmoprotectant. Sugars are the most common substrates used by microorganisms to produce hydrogen (H2) by means of anaerobic dark fermentation. Cells of the unicellular, non-nitrogen fixing, freshwater cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC7942 accumulate sucrose under salt stress. In the present work, we used this cyanobacterium and a genetically engineered strain of it (known as PAMCOD) to investigate the optimal conditions for (a) photosynthetic activity, (b) cell proliferation and (c) sucrose accumulation, which are necessary for H2 production via anaerobic dark fermentation of the accumulated sucrose. PAMCOD (Deshnium et al. in Plant Mol Biol 29:897-902, 1995) contains the gene codA that codes for choline oxidase, the enzyme which converts choline to the zwitterion glycine betaine. Glycine betaine is a compatible osmolyte which increases the salt tolerance of Synechococcus elongatus PCC7942. Furthermore, glycine betaine maintains cell proliferation under salt stress and results in increased sucrose accumulation. In the present study, we examine the environmental factors, such as the NaCl concentration, the culture medium pH, and the carbon dioxide content of the air bubbled through it. At optimal conditions, sucrose accumulated in the cyanobacteria cells up to 13.5 mol per mole Chl a. Overall, genetically engineered Synechococcus elongatus PCC7942 produces sucrose in sufficient quantities such that it may be a viable alternative (a) to sucrose synthesis, and (b) to H2 formation via anaerobic dark fermentation.

中文翻译：

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细长聚球藻 PCC7942：一种蓝藻细胞工厂，用于在非生物胁迫条件下生产有用的化学品和燃料。

蔗糖是蓝藻中一种相容的渗透剂，既可以作为能量储备，也可以作为渗透保护剂。糖是微生物通过厌氧暗发酵产生氢气 (H2) 的最常见底物。单细胞、非固氮、淡水蓝藻细长聚球藻 PCC7942 的细胞在盐胁迫下积累蔗糖。在目前的工作中，我们使用这种蓝藻及其基因工程菌株（称为 PAMCOD）来研究 (a) 光合活性、(b) 细胞增殖和 (c) 蔗糖积累的最佳条件，这对于 H2 是必需的通过积累蔗糖的厌氧暗发酵生产。PAMCOD (Deshnium et al. in Plant Mol Biol 29:897-902, 1995)包含编码胆碱氧化酶的基因 codA，将胆碱转化为两性离子甘氨酸甜菜碱的酶。甘氨酸甜菜碱是一种相容的渗透剂，可增加细长聚球藻 PCC7942 的耐盐性。此外，甘氨酸甜菜碱在盐胁迫下维持细胞增殖并导致蔗糖积累增加。在本研究中，我们检查了环境因素，例如 NaCl 浓度、培养基 pH 值和通过它的气泡的二氧化碳含量。在最佳条件下，蓝藻细胞中的蔗糖累积量高达 13.5 mol/mol Chl a。总体而言，基因工程细长聚球藻 PCC7942 产生足够数量的蔗糖，因此它可能是 (a) 蔗糖合成和 (b) 通过厌氧暗发酵形成 H2 的可行替代品。甘氨酸甜菜碱是一种相容的渗透剂，可增加细长聚球藻 PCC7942 的耐盐性。此外，甘氨酸甜菜碱在盐胁迫下维持细胞增殖并导致蔗糖积累增加。在本研究中，我们检查了环境因素，例如 NaCl 浓度、培养基 pH 值和通过它的气泡的二氧化碳含量。在最佳条件下，蓝藻细胞中的蔗糖累积量高达 13.5 mol/mol Chl a。总体而言，基因工程细长聚球藻 PCC7942 产生足够数量的蔗糖，因此它可能是 (a) 蔗糖合成和 (b) 通过厌氧暗发酵形成 H2 的可行替代品。甘氨酸甜菜碱是一种相容的渗透剂，可增加细长聚球藻 PCC7942 的耐盐性。此外，甘氨酸甜菜碱在盐胁迫下维持细胞增殖并导致蔗糖积累增加。在本研究中，我们检查了环境因素，例如 NaCl 浓度、培养基 pH 值和通过它的气泡的二氧化碳含量。在最佳条件下，蓝藻细胞中的蔗糖累积量高达 13.5 mol/mol Chl a。总体而言，基因工程细长聚球藻 PCC7942 产生足够数量的蔗糖，因此它可能是 (a) 蔗糖合成和 (b) 通过厌氧暗发酵形成 H2 的可行替代品。甘氨酸甜菜碱在盐胁迫下维持细胞增殖并导致蔗糖积累增加。在本研究中，我们检查了环境因素，例如 NaCl 浓度、培养基 pH 值和通过它的气泡的二氧化碳含量。在最佳条件下，蓝藻细胞中的蔗糖累积量高达 13.5 mol/mol Chl a。总体而言，基因工程细长聚球藻 PCC7942 产生足够数量的蔗糖，因此它可能是 (a) 蔗糖合成和 (b) 通过厌氧暗发酵形成 H2 的可行替代品。甘氨酸甜菜碱在盐胁迫下维持细胞增殖并导致蔗糖积累增加。在本研究中，我们检查了环境因素，例如 NaCl 浓度、培养基 pH 值和通过它的气泡的二氧化碳含量。在最佳条件下，蓝藻细胞中的蔗糖累积量高达 13.5 mol/mol Chl a。总体而言，基因工程细长聚球藻 PCC7942 产生足够数量的蔗糖，因此它可能是 (a) 蔗糖合成和 (b) 通过厌氧暗发酵形成 H2 的可行替代品。空气中的二氧化碳含量通过它冒泡。在最佳条件下，蓝藻细胞中的蔗糖累积量高达 13.5 mol/mol Chl a。总体而言，基因工程细长聚球藻 PCC7942 产生足够数量的蔗糖，因此它可能是 (a) 蔗糖合成和 (b) 通过厌氧暗发酵形成 H2 的可行替代品。空气中的二氧化碳含量通过它冒泡。在最佳条件下，蓝藻细胞中的蔗糖累积量高达 13.5 mol/mol Chl a。总体而言，基因工程细长聚球藻 PCC7942 产生足够数量的蔗糖，因此它可能是 (a) 蔗糖合成和 (b) 通过厌氧暗发酵形成 H2 的可行替代品。