2020115,ACS Synthetic Biology 》期刊在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所中科院合成生物学重点实验室杨晟研究组题为“Metabolic Engineering of Clostridium cellulovorans to Improve Butanol Production by Consolidated Bioprocessing”的研究论文。

丁醇是一种重要的汽油替代燃料和大宗化学品,传统上可有玉米或石油制得。近年来,随着国家队粮食安全和能源安全的重视,利用木质纤维原料生产生物丁醇成为新的热点。当前利用木质纤维原料生产生物丁醇的主要成本在于外加纤维素酶。整合微生物产纤维素酶、水解及发酵的统合生物加工工艺有助于大幅降低由木质纤维素原料生产正丁醇的成本。但是高效的纤维素丁醇统合生物加工工艺仍未实现。

嗜纤维梭菌(Clostridium cellulovorans)可直接降解木质纤维原料(碱处理后的玉米棒芯)生产丁酸,但几乎不产丁醇。在前期工作中(Wen et al. Metab. Eng. 2017),研究组完成了嗜纤维梭菌的遗传操作系统和基因编辑工具开发。并且,利用代谢工程和驯化工程手段改造该菌使之能够直接利用碱处理玉米棒芯发酵产溶剂(乙醇、丙酮、丁醇),其中主产物丁醇达到3.47 g/LWen et al. Appl. Environ. Microb. 2019)。 

   在本研究中,研究组致力于非溶剂发酵途径的丁醇生产的菌株重头设计,以避免副产物丙酮,并提升丁醇得率。研究组聚焦于糖-乙酰辅酶A-丁酰辅酶A-丁醇的代谢途径4个限速步骤(木糖利用、乙酸/丁酸回用、丁酰辅酶A可逆合成、丁醛还原),提出基于基于碳流“推”-“策略的代谢工程改造思路。获得的工程菌的丁醇产量较野生型提升了235倍,达到4.96 g/L,刷新了重组单梭菌直接降解木质纤维原料产正丁醇的最高水平,暗示了嗜纤维梭菌在统合生物加工领域的应用潜力。

  该研究得到了国家自然科学基金杰出青年基金等项目的资助。 
  论文链接:https://doi.org/10.1021/acssynbio.9b00331

 

1: 基于“推”-“策略的模块代谢工程改进嗜纤维梭菌丁醇生产


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