代謝工程改造鹽單胞菌利用木糖生產乙二醇和乙醇酸
Metabolic engineering of Halomonas bluephagenesis for the production of ethylene glycol and glycolate from xylose
通訊作者：北京化工大學生命科學與技術學院，李正軍
發表雜志：Journal of Biotechnology
發表日期：2024年10月15日
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2024.10.006
研究背景：
乙二醇和乙醇酸及其聚合物在眾多領域應用廣泛，市場需求持續增長。傳統的生產方法依賴不可再生的化石資源，不符合可持續發展的要求。木糖作為自然界中豐富的潛在碳源，為發酵工業提供了新的可能性。然而，目前相關研究多集中在易受污染的模式微生物中。嗜鹽鹽單胞菌具有耐脅迫、可在非無菌條件下連續發酵等優勢，且已被用于合成多種高價值產品，其木糖同化途徑為木糖衍生產品的生產奠定了基礎。
研究內容：
研究人員以嗜鹽鹽單胞菌為底盤微生物，通過代謝工程手段從木糖生產乙二醇（EG）和乙醇酸（GA）。首先，研究人員構建了木糖酸途徑：從野生型菌株出發，依次表達木糖轉運蛋白（HEO）和木糖脫氫酶（Xdh），使菌株能少量消耗木糖并積累一定量的PHB。接著，進一步表達木糖酸脫水酶基因（yjhG和yagF）和2-酮-3-脫氧-木糖酸醛縮酶基因（yjhH或yagE），顯著提升了菌株的木糖利用率和PHB產量，表明中間產物成功被分解代謝。在此基礎上，研究發現該菌株自身可將乙醇醛還原為乙二醇，且過表達特定醛還原酶基因可進一步提高乙二醇積累量。
其次，研究人員基于已構建的核酮糖-1-磷酸途徑，通過共表達醛還原酶（FucO和YjgB）來探究乙二醇的生產情況。結果顯示，該途徑雖能產生一定量的乙二醇，但與木糖酸途徑相比，木糖消耗量更高而乙二醇產量相對較低。
最后，針對乙醇酸的生產，研究人員發現野生型菌株具有高效的乙醇酸代謝能力，這是由于其存在乙醇酸氧化酶（glcD）。通過敲除該酶基因，成功抑制了乙醇酸的同化。隨后構建乙醇酸合成途徑，發現特定重組菌株可實現乙醇酸的積累，且木糖酸途徑在乙醇酸生產中同樣表現出優勢。最終，改造菌株可利用木糖積累0.91 g/L的乙二醇和0.80 g/L的乙醇酸。
總結：
該研究成功實現了嗜鹽鹽單胞菌從木糖到乙二醇和乙醇酸的轉化，為利用可再生資源生產高價值化學品提供了新的途徑和思路，同時也凸顯了嗜鹽鹽單胞菌在生物制造領域的巨大潛力。
