- 木質(zhì)纖維素合成化學(xué)品研究獲進(jìn)展
- 發(fā)布日期：2023-09-07
8月30日，記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所了解到，該所合成微生物學(xué)研究組周雍進(jìn)研究員團(tuán)隊(duì)在木質(zhì)纖維素生物煉制方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)以多形漢遜酵母作為細(xì)胞催化劑，將木質(zhì)纖維素生物煉制高效合成脂肪酸和3-羥基丙酸等化學(xué)品。該項(xiàng)研究有望為可再生原料生物轉(zhuǎn)化合成高附加值化學(xué)品奠定基礎(chǔ)。
據(jù)周雍進(jìn)介紹，木質(zhì)纖維素來源廣泛且可再生，是極具潛力的第二代生物煉制原料。多形漢遜酵母具有天然木糖代謝、耐高溫以及高密度發(fā)酵等優(yōu)勢，是木質(zhì)纖維素生物煉制的優(yōu)良宿主。為實(shí)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的高效生物煉制，研究團(tuán)隊(duì)通過采用精準(zhǔn)的基因組編輯技術(shù)改造多形漢遜酵母，使其成為脂肪酸合成菌株。
然而，在微生物利用纖維素水解液過程中，存在葡萄糖抑制木糖利用現(xiàn)象，制約了木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化效率。為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)通過強(qiáng)化多形漢遜酵母木糖代謝效率，在不犧牲葡萄糖利用的前提下，實(shí)現(xiàn)了葡萄糖與木糖同步利用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在葡萄糖與木糖模擬物料中，脂肪酸產(chǎn)量達(dá)到38.2克/升；在真實(shí)木質(zhì)纖維素水解液中，脂肪酸產(chǎn)量達(dá)到7.0克/升。這也就實(shí)現(xiàn)了六碳糖和五碳糖高效同步利用，提高了木質(zhì)纖維素生物煉制效率，降低了生產(chǎn)成本。
在得到脂肪酸后，研究團(tuán)隊(duì)又開發(fā)了代謝轉(zhuǎn)換技術(shù)，讓多形漢遜酵母從合成脂肪酸轉(zhuǎn)換為合成3-羥基丙酸。簡單來說，該技術(shù)就是通過代謝改造去除脂肪酸合成相關(guān)基因，隨后裝載3-羥基丙酸合成相關(guān)基因。最終，研究團(tuán)隊(duì)將脂肪酸合成菌株轉(zhuǎn)化為3-羥基丙酸合成菌株，獲得了79.6克/升的3-羥基丙酸。
“利用該技術(shù)，我們理論上可以合成更多前體相似的目標(biāo)產(chǎn)物。”周雍進(jìn)表示，這一技術(shù)也為木質(zhì)纖維素生物煉制提供了新型高效的微生物平臺(tái)。
此外，木質(zhì)纖維素的酶解過程通常需要50℃以上的高溫，而普通微生物最適生長溫度為30℃左右。因此，二者的溫差需要耗費(fèi)大量的冷卻成本。而多形漢遜酵母能夠耐高溫，在50℃條件下正常生長并同步糖化發(fā)酵過程，從而節(jié)約冷卻成本，還能夠有效避免雜菌污染。
周雍進(jìn)表示，為早日實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)一方面要在葡萄糖與木糖同步利用的基礎(chǔ)上，將理性改造與實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)性進(jìn)化相結(jié)合，進(jìn)一步強(qiáng)化糖利用效率，并揭示相關(guān)分子機(jī)制；另一方面在初步嘗試?yán)门窖a(bǔ)料發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行水解液利用后，進(jìn)一步進(jìn)行放大發(fā)酵，建設(shè)1000升中試裝置。“我們在前期改造多形漢遜酵母中，還實(shí)現(xiàn)了甲醇生物轉(zhuǎn)化高效合成脂肪酸。今后，我們還將嘗試?yán)媚举|(zhì)纖維素合成更多高附加值化學(xué)品，繼續(xù)深入探索木質(zhì)纖維素生物煉制的可行性與應(yīng)用潛力。”周雍進(jìn)這樣說道。
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