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当前生物产业依赖化石资源面临诸多问题，研究人员开展 “Sequential C1 fermentation” 研究。利用A. woodii和C. glutamicum序贯发酵，从 C1 底物合成多种高价值产物。该研究为可持续生物工艺发展提供新方向。
现代经济在交通、工业生产和日常生活用品制造等方面高度依赖化石资源。然而，化石资源不仅储量有限，面临枯竭危机，而且其使用还与日益严峻的气候变化紧密相关。在生物技术领域，多数生产过程依赖碳水化合物，这引发了生态和伦理方面的担忧，比如会造成粮食竞争问题，并且糖类成本相对较高。因此，寻找可持续的生物工艺替代现有依赖化石资源的化学工业，成为亟待解决的问题。在此背景下，研究人员开展了利用
Acetobacterium woodii和
Corynebacterium glutamicum进行序贯发酵的研究，该研究成果发表于《Bioresource Technology Reports》。
研究人员运用了多种关键技术方法。在菌株培养方面，严格控制A. woodii和C. glutamicum的储存和培养条件，分别在厌氧和好氧环境下进行培养。在分析检测上，采用高效液相色谱（HPLC）技术对氨基酸和有机酸进行定量分析。在基因工程操作中，通过标准化的分子克隆方法构建重组菌株。
研究结果
- 醋酸盐的生产：以 H2/CO2为底物时，在标准 DSMZ - 135 培养基中，A. woodii能产生 178.4±1.4 mM 的醋酸盐；优化培养基为 Dmod 后，醋酸盐产量提升至 252±22 mM；进一步扩大培养体积和延长时间，产量可达 407±62 mM。以甲醇为底物，在 1612mod 培养基中，A. woodii可产生 181±10 mM 醋酸盐。这表明A. woodii能利用 H2/CO2和甲醇高效生产生物醋酸盐。
- C. glutamicum对醋酸盐的耐受性：C. glutamicum在醋酸盐浓度高达 170 mM 时仍能良好生长，当醋酸盐浓度高于 170 mM 时，生长速率开始显著下降，高于 500 mM 时，24 小时内无生长现象。由此确定 340 mM 为后续实验的最大工作浓度，说明C. glutamicum对醋酸盐具有一定耐受性。
- L - 谷氨酸的生产：C. glutamicum野生型菌株在含 280 mM 醋酸盐的培养基中，可产生约 35 mM 的 L - 谷氨酸。利用A. woodii产生的生物醋酸盐培养基培养C. glutamicum，经青霉素诱导后，可产生高达 13.1 mM 的 L - 谷氨酸。首次证明C. glutamicum能以醋酸盐或生物醋酸盐为唯一碳源生产氨基酸。
- 3 - 羟基丙酸（3 - HP）的生产：构建的C. glutamicum L1 pVWEx1 - mcr菌株在含醋酸盐的培养基中可产生 3 - HP。在摇瓶实验中，以醋酸盐为底物时产量可达 33.75±1.34 mM；在含生物醋酸盐的培养基中，产量可达 36.5±0.3 mM，添加 cerulenin 后产量可提升至 40.8±0.7 mM。在 fed - batch 培养实验中，最终产量可达 48.3±5.4 mM 3 - HP，表明该菌株具备利用醋酸盐生产 3 - HP 的能力。
- 甲羟戊酸的生产：首次研究C. glutamicum对甲羟戊酸的利用和生产，发现野生型菌株不代谢甲羟戊酸。构建的C. glutamicum L1 pVWEx1 - MVA - Camc 菌株在含醋酸盐的培养基中可产生甲羟戊酸，在含生物醋酸盐的培养基中产量更高，可达 11.25±0.12 mM。证明C. glutamicum可作为生产甲羟戊酸的宿主。
- 集成序贯培养生产甲羟戊酸：进行A. woodii和C. glutamicum的集成序贯培养实验，以甲醇为底物。A. woodii先利用甲醇产生生物醋酸盐，随后C. glutamicum L1 pVWEx1 - MVA - Camc 利用醋酸盐生产甲羟戊酸，最终实现了从甲醇到甲羟戊酸的转化，展示了该集成过程的可行性。
研究结论与讨论
该研究建立了一个序贯发酵平台，成功将 C1 化合物通过生物醋酸盐转化为高价值产物，包括 C3（3 - HP）、C5（甲羟戊酸）和 C6（L - 谷氨酸）分子。首次证明C. glutamicum能利用生物醋酸盐生长并生产 L - 谷氨酸和甲羟戊酸。A. woodii生产生物醋酸盐的能力通过优化培养基和培养条件得到提升，且甲醇作为 C1 底物展现出独特优势。尽管目前部分产物的产量还有提升空间，但该研究为工业生物技术向可持续生物工艺发展提供了新的思路和方向，有望推动相关领域的进一步研究和发展，对实现生物产业的可持续发展具有重要意义。
