基于海洋细菌R. nubinhibens以海水为水源将木质素衍生碳高效转化为高附加值化学品的蓝色生物方案

《Nature Communications》：Repurposing the evolutionary fitness of marine bacteria for water-conserving conversion of lignin-derived carbon

　　

摘要

以极少淡水依赖的方式将废碳转化为化学品和材料，对于实现可持续未来至关重要。在此，我们报告了一种蓝色生物方案的建立，该方案通过再利用海洋细菌Roseovarius nubinhibens的进化适应性，以海水为水源，高效地将木质素衍生碳转化为高附加值化学品。我们赋予R. nubinhibens卓越催化能力的独立性，以规避罕见的极性效应，并在遗传学上将生物合成途径与中心代谢解偶联，使所有木质素衍生碳定向流入目标产物。随后，我们以乙酸作为第二碳源构建了一个正交生长模块——乙酸是植物生物质水解中普遍存在的副产物及抑制剂——用以维持细胞生长并为生长偶联的生物合成提供必要资源（而非底物）。除上述设计的代谢分离外，我们还发现生物合成与细胞生长之间存在跨模块的推拉协同效应，从而增强了性能与鲁棒性。通过部署这一生物方案，我们成功实现了以海水（而非淡水）为水源，将木质素衍生单体4-羟基苯甲酸升级为高附加值化合物原儿茶酸和β-酮己二酸，建立了一种独特的蓝色生物方案，具有同时实现碳资源与水资源节约的潜力。