利用谷氨酸棒状杆菌从木质纤维素生物质生物合成对香豆酸的工程化研究

针对对香豆酸(pCA)传统提取效率低、化学合成环境负担重的问题，研究人员通过代谢工程改造谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)，结合蒙古栎(Quercus mongolica)木质纤维素分级处理技术，首次实现从非粮生物质高效合成pCA，产量达18.92 g/L（迄今最高），为高值化利用木质纤维素和解决药物原料短缺提供了可持续方案。

　　

在医药和化妆品领域，对香豆酸(para-coumaric acid, pCA)因其抗炎、抗氧化等特性成为热门原料。然而传统从植物中提取的方法效率低下——每克生物质仅能获得0.14毫克pCA，且伴随复杂的分离纯化难题。更棘手的是，化学合成依赖不可再生的石化原料，反应条件苛刻。随着全球药物原料短缺危机加剧，开发可持续生产方案迫在眉睫。

韩国科学技术研究院(KIST)的Do-Wook Kim团队另辟蹊径，选择公认安全(GRAS)的工业微生物谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)作为细胞工厂。这种微生物不仅耐受木质纤维素降解产物，还能通过基因改造表达植物源酶。研究团队以东亚地区丰富的蒙古栎(Quercus mongolica)木材加工废料为原料，通过乙醇溶剂分级技术将木质素与碳水化合物分离，首次建立了从木质纤维素到pCA的完整生物制造链条。

关键技术方法

1. 引入黄杆菌(FjTAL)基因构建pCA合成途径，并敲除降解基因hpd
2. 开发乙醇溶剂分级工艺处理蒙古栎木质纤维素，获得可发酵糖
3. 改造中心碳代谢和引入木糖利用途径实现葡萄糖-木糖共利用
4. 通过动态调控平衡细胞生长与产物合成

研究结果

Plasmid and strain constructions
通过基因编辑工具构建了包含FjTAL表达盒的重组质粒，并成功转入C. glutamicum ATCC 13032。敲除了内源4-羟基苯丙酮酸双加氧酶(hpd)基因以阻断pCA降解途径。

Construction of para-coumaric acid synthesis pathway
改造后的菌株可利用酪氨酸通过异源FjTAL催化一步生成pCA。代谢流分析显示，改造后的香草酸(shikimate)途径碳通量提高了3.2倍。

结论与意义
该研究创造了pCA微生物合成的三项突破：产量(18.92 g/L)较前人报道提高194倍，首次实现木质纤维素到pCA的转化，且工艺整合了木质素高值化利用。这种"木质素优先"策略使生物质利用率达92%，远高于传统仅利用碳水化合物的方法。更重要的是，该平台可延伸生产白藜芦醇等高价衍生物，为生物基医药原料生产提供了新范式。论文发表于《Bioresource Technology》，为应对全球原料短缺提供了创新解决方案。