综述：微生物纤维素合成途径的生物工程化改造作为生物工厂用于工业规模纤维素生产：当前进展综述

《World Journal of Microbiology and Biotechnology》：Bioengineering microbial cellulose synthesis pathways as biofactory for industrial-scale cellulose production: a review on current advances

　　

摘要

微生物纤维素（MC）是一种天然生物聚合物，以其化学纯度、纳米纤维结构、生态友好性、生物降解性和机械性能而著称。MC 的这些独特特征扩大了其在不同领域的潜在应用。然而，其从实验室规模生产向工业制造的过渡仍受到其低生产率、高生产成本、产纤维素菌株的遗传不稳定性、发酵过程中抑制性副产物的积累以及氧气供应不足的限制。这些局限性因工程化生物合成途径与纤维素最终理化性质之间关系标准化程度差而进一步复杂化。因此，本综述批判性地考察了细菌、藻类和卵菌中的 MC 生物合成途径，特别强调细菌作为 MC 生产最先进的生物工厂。代谢工程、基因组编辑和合成生物学领域的最新进展通过优化前体途径、抑制副产物形成、工程化环状二鸟苷酸（c-di-GMP）调节网络、高效利用氧气以及开发合成生物学工具箱，为增强大规模纤维素生产率开辟了前所未有的途径。最后，我们确定了关键的研究优先事项，包括开发遗传稳定的微生物菌株、改进氧气管理策略以及整合菌株 - 过程工程，这些是将 MC 生产从实验室转化为商业可行生物工厂所必需的。与此同时，先进技术如先进发酵策略和生物反应器设计的创新是加速 MC 生产、弥合实验条件与商业应用之间差距的关键决定因素。总之，这些进展将为开发高效的纤维素生物工厂奠定基础并铺平道路，以满足对高质量和可持续生物材料日益增长的需求，促进向资源高效、生态友好未来的过渡。

图文摘要