上海生科院發(fā)現(xiàn)產(chǎn)溶劑梭菌遺傳改造新策略

　　2月23日，國際學(xué)術(shù)期刊Metabolic Engineering 在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所姜衛(wèi)紅研究組題為Improving the performance of solventogenic clostridia by reinforcing the biotin synthetic pathway 的研究論文。該工作揭示了細(xì)胞內(nèi)生物素合成水平對(duì)于提升產(chǎn)溶劑梭菌發(fā)酵性能的重要性，并通過途徑改造實(shí)現(xiàn)了菌株對(duì)該營養(yǎng)因子的自給，顯著提高了溶劑的合成能力。

　　產(chǎn)溶劑梭菌（Solventogenic clostridia）是一類革蘭氏陽性、厭氧細(xì)菌。其底物譜寬泛，能夠利用糖質(zhì)原料、秸稈類木質(zhì)纖維原料乃至一碳?xì)怏w（CO，CO2），且產(chǎn)物種類豐富，可天然合成多種大宗化學(xué)品及燃料。作為重要的工業(yè)微生物，產(chǎn)物合成效率和產(chǎn)量是產(chǎn)溶劑梭菌重要的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

　　姜衛(wèi)紅研究組的博士研究生楊云鵬和研究員顧陽在前期產(chǎn)溶劑梭菌代謝調(diào)控的研究中，發(fā)現(xiàn)了多效調(diào)控蛋白CcpA在改善細(xì)胞性能中的“正功效”。進(jìn)一步的比較轉(zhuǎn)錄組分析表明，生物素合成途徑是其重要的作用靶點(diǎn)，直接影響了菌體的生長速率和產(chǎn)物合成能力。隨后，通過對(duì)功能元件的預(yù)測(cè)和鑒定、分子改造及途徑重構(gòu)，有效地提高了菌體的生物素合成水平，實(shí)現(xiàn)了該關(guān)鍵營養(yǎng)物的自給。最終，工程菌的細(xì)胞內(nèi)生物素濃度達(dá)到原始菌株的1.6倍，產(chǎn)物合成效率和產(chǎn)量均增加30%以上。此外，將該策略運(yùn)用到組合代謝工程中，進(jìn)一步提升了工程菌對(duì)五、六碳糖的共利用能力。上述工作為改良產(chǎn)溶劑梭菌提供了新思路。

　　該項(xiàng)工作得到了國家科技部“863”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委的支持。

通過生物素合成途徑優(yōu)化提高產(chǎn)溶劑梭菌發(fā)酵性能