通过氧化还原驱动的代谢变化增强丙酸梭菌（Clostridium acetobutylicum）的丁醇生产

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Redox-Driven Metabolic Shift in Clostridium acetobutylicum for Enhanced Butanol Production

本研究采用电子传递体策略提高丁醇产率，筛选出苯乙烯基紫精最佳添加浓度（5 mg/L）和时机（0 h），实现产率15.2±0.9 g/L和0.29 g/g，分别较对照组提升1.4倍和1.5倍。代谢组学分析表明电子传递体通过改变电子转移路径，调控氨基酸代谢增强NADH再生，从而促进丁醇合成。

　　

丁醇是一种有价值的工业化学品，也是一种潜在的运输生物燃料，其燃料性能优于乙醇。然而，通过使用Clostridium属菌种进行传统的丙酮-丁醇-乙醇发酵生产丁醇时，受限于低产率、低生产力和低收率。在这项研究中，我们采用了一种基于氧化还原的策略，通过添加外部电子穿梭载体来提高丁醇的产量。我们筛选了多种电子穿梭载体（蒽醌-2-磺酸盐、蒽醌-1,5-二磺酸、核黄素、甲基维奥根、中性红和苄基维奥根），以评估它们调节细胞内氧化还原状态的能力，并确定了最佳浓度和添加时间。结果表明，在0小时时添加苄基维奥根（5 mg/L）可产生最高的丁醇产率（15.2 ± 0.9 g/L）和收率（0.29 g/g），分别与对照组相比提高了1.4倍和1.5倍。研究结果表明，电子穿梭载体的内在氧化还原潜力在通过改变电子传递途径来引导代谢流向还原产物（丁醇和乙醇）方面起着关键作用。为了探讨其背后的机制，我们利用GC–MS代谢组学技术研究了添加苄基维奥根后的整体代谢变化。具体而言，色氨酸和天冬氨酸等氨基酸的上调可能促进了NADH的生物合成。电子穿梭载体可能将电子流从铁氧还蛋白重新导向NADH的再生过程，从而增加了丁醇的产量。总体而言，这项研究为利用氧化还原活性电子穿梭载体通过代谢重定向来提高丁醇产量提供了机制上的见解和潜在方法。