引入PHB动员途径提升大肠杆菌乙酸耐受性及其在琥珀酸与PHB共生产中的应用机制研究

本研究揭示了PHB（聚-β-羟基丁酸酯）动员途径通过调控膜脂组成增强大肠杆菌对乙酸胁迫的抗性机制。实验证明，含完整phaCABZ基因的工程菌M5在0.06%乙酸条件下存活率提升至52.8%（对照组25.2%），膜完整性提高31.5%。转录组分析发现膜形成相关基因Bhsa显著上调，且环状/不饱和脂肪酸比例增加35.3%。该途径进一步促进以乙酸钠为底物的琥珀酸（23.93 g/L）与PHB（7.21 g/L）共生产，为低成本生物制造提供新策略。

　　PHB动员途径的生理功能与工程应用
保护效应验证
通过构建含不同PHB代谢模块的大肠杆菌工程菌（M1-M5），研究发现完整PHB动员途径（phaCABZ）显著提升细胞在0.06%（vol/vol）乙酸胁迫下的生存能力。荧光染色证实PHB降解产物3-羟基丁酸（3HB）的释放，但外源添加3HB仅部分恢复生长，提示PHB动态循环的整体调控作用。酶活性突变实验（PhaA_C88S/PhaB_D94A等）排除了酶蛋白本身对耐受性的影响。

转录调控机制解析
RNA-seq比较显示PHB动员显著改变322个基因表达，其中膜形成相关通路占比17.5%。关键膜蛋白基因Bhsa表达量在乙酸胁迫下提升3.7倍，其过表达使菌株存活率提高52.9%。GO分析揭示脂质修饰（GO:0030258）和跨膜运输（GO:1903712）等通路被激活，同时DNA复制（GO:0006260）相关基因受抑制。

膜生理特性重塑
荧光各向异性检测显示M5菌株膜流动性降低22.5%，FTIR光谱在2,930 cm^-1处CH₂伸缩振动增强。脂肪酸组成分析发现环状脂肪酸（CFA）占比从20.9%增至25.9%，而不饱和脂肪酸（UFA）降低42.2%，这种变化与膜稳定性提升直接相关。PI染色实验证实M5的膜完整性比M1提高31.5%。

跨底物应用拓展
PHB动员途径赋予菌株对HCl、乳酸等多元酸胁迫的广谱抗性。在琥珀酸生产菌M8（ΔsdhAB/ΔiclR/ΔmaeB）中引入该途径，使乙酸钠利用率提升76.9%。分批发酵中PHB与3HB动态转化促进碳源再分配，最终在5L罐中获得总产量0.69 g/g的琥珀酸-PHB共生产体系。

该研究首次阐明PHB动员通过"膜脂重构-应激响应"双模块增强细菌环境适应力的分子机制，为开发基于廉价底物的高值化合物生物合成平台提供了理论依据和技术支撑。