新型细菌提高异丁醇产率

　　近日，中国科学院天津工业生物技术研究所张学礼研究员课题组通过构建组成型稳定生产异丁醇的工程菌，提高了异丁醇产率。实验结果表明，在厌氧条件下，其异丁醇产量已接近理论最大值。相关研究日前在线发表于《代谢工程学》（Metabolic Engineering）杂志。该所博士研究生石爱琴为论文第一作者。
 
据介绍，异丁醇是一种高品质的汽油替代燃料，与传统的乙醇燃料相比，具有很大优势：能量密度高，接近于汽油；亲水性低，能与汽油高比例混合；可以使用现有石油管道进行运输等。另外，异丁醇还是一种重要的大宗化工产品，主要用于生产润滑油添加剂、表面涂料、黏合剂等复合溶剂、邻苯二甲酸酯类增塑剂等，每年全球市场需求50万吨左右。
 
近年来，多家科研机构利用支链氨基酸的生物合成途径和Ehrlich途径，在大肠杆菌等模式生物中创建了异丁醇的生物合成途径。然而，这些工作都是使用诱导型启动子，导致生产菌株不稳定；另外，由于异丁醇合成途径需要使用NADPH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸〈还原态〉）作为还原力，而细胞在糖酵解过程中产生的还原力是NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸〈还原态〉）形式，这就存在还原力的供给类型与需求类型之间的不平衡问题，影响了异丁醇的最终产率。
 
为此，张学礼课题组基于组成型表达的人工调控元件，通过无痕基因表达调控技术，对异丁醇合成途径进行了精确调控，构建出组成型稳定生产异丁醇的工程菌。在此基础上，科研人员使用人工调控元件对转氢酶基因pntAB和NAD激酶基因yfjB的表达进行组合调控，实现了NADH到NADPH的高效转化。
 
实验结果表明，厌氧条件下，异丁醇产量提高了80%，产率提高了39%，接近理论最大值。好氧条件下，异丁醇产量提高了28%，产率提高了22%；发酵24小时可以生产10.8克/升异丁醇，产率为0.62摩尔/摩尔。