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当前能源危机与减排需求促使寻找替代燃料，1 - 丁醇作为潜力生物燃料备受关注。研究人员对热葡糖苷芽孢杆菌（Parageobacillus thermoglucosidasius）进行代谢工程改造生产 1 - 丁醇。结果显示，菌株在限氧条件下 1 - 丁醇产量达 0.4g/L，为工业化应用奠定基础。
在全球都迫切寻求可持续能源的大背景下，传统化石燃料引发的能源危机以及日益严格的工业 CO
2减排要求，让人们将目光投向了生物燃料。1 - 丁醇，作为一种极具潜力的生物燃料，相比传统的生物乙醇，它有着更高的能量密度、更低的蒸气压和水溶性，而且与现有基础设施的兼容性更好，简直就是生物燃料中的 “潜力股”。不仅如此，1 - 丁醇还是重要的工业原料，能用于生产各种高价值的化学品。
然而，1 - 丁醇的生产现状却不尽如人意。传统的 ABE 发酵法（acetone-butanol-ethanol fermentation process），因石油基炼油厂在技术和经济上的优势，逐渐被其他生产方式取代。目前工业上主要采用化学催化法生产 1 - 丁醇，但这种方法依赖化石资源，不符合可持续发展的理念。同时，虽然嗜热发酵（在 45 - 70°C 进行）相较于传统的中温发酵（20 - 45°C）有着诸多优势，如更快的反应动力学、更低的污染风险和冷却成本，还能实现原位产物回收（ISPR），但关于嗜热生产 1 - 丁醇的研究却少之又少。
为了打破这些困境，来自丹麦技术大学诺和诺德基金会生物可持续性中心（The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark）等机构的研究人员，开展了一项极具意义的研究 —— 对热葡糖苷芽孢杆菌（Parageobacillus thermoglucosidasius）进行代谢工程改造，使其能够嗜热生产 1 - 丁醇。最终，他们成功构建了能够生产 1 - 丁醇的热葡糖苷芽孢杆菌菌株，在限氧条件下，1 - 丁醇产量最高可达 0.4g/L 。这一成果发表在《AMB Express》上，为 1 - 丁醇的工业化生产开辟了新的道路。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是基因工程技术，将来自不同嗜热微生物的热稳定酶变异体组成的 1 - 丁醇生产途径相关基因，插入到热葡糖苷芽孢杆菌的染色体中。其次，利用质粒构建和转化技术，构建了多种含有不同基因片段和启动子的质粒，并将其导入热葡糖苷芽孢杆菌中。最后，采用多种分析检测技术，如气相色谱 - 质谱联用仪（GC-MS）和高效液相色谱（HPLC），对发酵产物进行检测分析。
研究结果如下：
- 插入嗜热丁醇生产途径：研究人员尝试了多种策略将合成的嗜热途径引入热葡糖苷芽孢杆菌。最初，用含有完整途径的质粒 pBUT01 替换 ldh 基因，但未成功。之后采用两步法，先利用 pBUT05 成功整合了途径的前半部分，但 pBUT07 在整合后半部分时出现问题。最终，将途径分成两个操纵子分别整合到基因组中，成功构建了含有不同启动子组合的丁醇生产菌株 Btb-PX 。
- 丁醇生产情况：对不同启动子的菌株进行丁醇生产评估。初步评估发现，除了启动子最弱的 P15 菌株外，其他菌株在未添加诱导剂时也能检测到丁醇。在诱导条件下，Ptet 启动子控制的两个操纵子的菌株丁醇产量最高，可达 0.35g/L 以上 。在摇瓶实验中，最初未检测到丁醇，但在 Falcon 管实验中发现，较低的培养基体积（较高的气液比）能产生丁醇，产量最高可达 0.375g/L 。
- 影响丁醇生产的因素：研究发现氧气对丁醇生产有显著影响。摇瓶实验中由于良好的通气性，不利于丁醇生产，而 Falcon 管中有限的通气条件下能产生丁醇。此外，过夜培养时间也会影响丁醇生产，过长的培养时间会导致细胞产孢，敲除产孢相关基因 spo0A 后，丁醇产量反而降低。对生长性能的评估发现，不同启动子的菌株在诱导条件下生长趋势相似，aTc 对野生型菌株生长无影响，但对修饰菌株的生长有一定影响。
研究结论和讨论部分指出，虽然目前改造菌株的丁醇产量与理论最大值相比还有差距，但已经证明了在改造生物中生产丁醇的可行性。未来通过进一步的代谢工程优化，如增加还原当量的可用性、分析代谢瓶颈等，有望提高丁醇的产量、生产速率和产率。此外，对发酵条件的深入研究，如探索厌氧发酵条件对产量的影响，以及对产孢调控与丁醇生产关系的进一步研究，也将为 1 - 丁醇的工业化生产提供更坚实的理论基础。这一研究成果为利用热葡糖苷芽孢杆菌在工业规模上嗜热生产 1 - 丁醇提供了重要的理论依据和实践指导，在生物燃料和工业生物技术领域具有重要的意义。
