基因工程改造铜绿假单胞菌SGhm菌株实现原油厌氧乳化及鼠李糖脂高效合成

本研究针对油藏厌氧环境中铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)鼠李糖脂(rhamnolipids)产量低的关键问题，通过过表达rmlBDAC和rhlABRI基因组合构建工程菌SGhm，结合响应面法优化培养基，使厌氧产量提升至1.54 g/L（提高4.5倍），并证实其形成89.4%粒径0-5μm油滴的优异乳化性能，为微生物强化采油(MEOR)提供了创新解决方案。

　　

在石油开采领域，微生物强化采油(Microbial Enhanced Oil Recovery, MEOR)技术被视为绿色高效的"地下化工厂"。然而油藏严苛的厌氧环境却让这个化工厂面临"电力不足"的困境——作为主力菌株的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)在缺氧条件下鼠李糖脂(rhamnolipids)产量骤降80%以上，严重制约了原位微生物采油技术的应用。曲阜师范大学的研究团队通过基因工程和发酵优化双管齐下，成功破解了这一技术瓶颈。

研究人员采用质粒pBBR1MCS-5过表达关键基因，通过Plackett-Burman设计和响应面法优化培养基，结合油扩散法和显微成像等技术，系统评估了工程菌的代谢性能。主要技术路线包括：构建7种基因组合的工程菌株，采用12因素Plackett-Burman实验筛选关键培养基成分，通过中心复合设计优化甘油和硝酸钠浓度，最后用立体显微镜分析原油乳化效果。

基因组合筛选研究发现，同时过表达rmlBDAC（编码dTDP-L-鼠李糖合成酶）和rhlABRI（编码β-羟基脂肪酸转移酶）的SGhm菌株表现最优，其鼠李糖脂产量达1.34 g/L，较野生型SG(0.24 g/L)提高4.5倍。有趣的是，额外过表达rhlC（编码双鼠李糖脂合成酶）的SGhmc菌株产量反而降低，揭示前体物质竞争机制。

培养基优化实验显示，甘油和硝酸钠是影响产量的关键因素。经响应面法优化后，在含49.5 g/L甘油和6.2 g/L NaNO₃的培养基中，SGhm产量进一步提升15%至1.54 g/L。该浓度接近理论预测值1.57 g/L，证实模型可靠性。

原油乳化实验证实，SGhm菌株厌氧合成的鼠李糖脂可形成粒径1-2μm的均匀乳液，其中89.4%油滴粒径小于5μm。对照组的原油则保持明显分层状态，直观展示生物表面活性剂的乳化效果。

这项发表于《Microbial Cell Factories》的研究具有三重突破意义：首次确定rmlBDAC-rhlABRI是最佳基因过表达组合，创建了目前报道的最高厌氧产量菌株SGhm；建立"基因改造-培养基优化"协同增效策略，为其他厌氧生物合成研究提供范式；证实工程菌在模拟油藏环境中的原油乳化能力，推动MEOR技术向免注空气的节能方向发展。未来研究可进一步解析厌氧条件下鼠李糖脂合成的限速步骤，并开展油藏模拟岩心驱替实验，加速工程菌的工业化应用进程。