研究實現(xiàn)木質(zhì)纖維素生物煉制高效合成化學(xué)品

木質(zhì)纖維素來源廣泛且可再生，其是木材、秸稈的主要結(jié)構(gòu)成分，可以用作生物發(fā)酵、生物化工產(chǎn)業(yè)的原料，被認(rèn)為是極具潛力的第二代生物煉制原料。而多形漢遜酵母具有天然木糖代謝、耐高溫以及高密度發(fā)酵等優(yōu)勢，有望成為木質(zhì)纖維素生物煉制的優(yōu)良宿主。近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員周雍進(jìn)團(tuán)隊在木質(zhì)纖維素生物煉制方面取得新進(jìn)展。團(tuán)隊以多形漢遜酵母為宿主，通過強(qiáng)化木糖同化與轉(zhuǎn)運過程，同步利用了葡萄糖與木糖，實現(xiàn)了木質(zhì)纖維素生物煉制高效合成脂肪酸和3-羥基丙酸。相關(guān)成果發(fā)表在《自然—化學(xué)生物學(xué)》上。

漢遜酵母利用木質(zhì)纖維素原料高效合成脂肪酸和3-羥基丙酸。大連化物所供圖

目前，在微生物利用纖維素水解液過程中，存在葡萄糖抑制木糖利用現(xiàn)象，這制約了木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化效率。因此，實現(xiàn)六碳糖和五碳糖高效同步利用，是提高木質(zhì)纖維素生物煉制效率、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

本工作中，研究團(tuán)隊通過強(qiáng)化木糖同化與轉(zhuǎn)運效率，在不犧牲葡萄糖利用的前提下，實現(xiàn)了葡萄糖與木糖同步利用。在葡萄糖與木糖模擬物料中，脂肪酸產(chǎn)量達(dá)到38.2g/L；在真實木質(zhì)纖維素水解液中，脂肪酸產(chǎn)量達(dá)到7.0g/L。最終，借助代謝轉(zhuǎn)換策略，團(tuán)隊將脂肪酸合成菌株轉(zhuǎn)化為3-羥基丙酸合成菌株，并獲得了79.6g/L的3-羥基丙酸，為木質(zhì)纖維素生物煉制提供了新型高效的微生物平臺。研究團(tuán)隊在前期改造多形漢遜酵母中，還實現(xiàn)了甲醇生物轉(zhuǎn)化高效合成脂肪酸。

這些工作有望為可再生原料生物轉(zhuǎn)化合成高附加值化學(xué)品奠定基礎(chǔ)。