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陈守文教授利用地衣芽胞杆菌实现苯乙醇香精香料绿色生物制造

作者:   编辑:鲜文涛    来源:省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室  发布时间:2022/01/17

近日,湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室陈守文教授团队最新研究成果“Multilevel Metabolic Engineering of Bacillus licheniformis for De Novo Biosynthesis of 2-Phenylethanol”(《多水平代谢工程改造地衣芽胞杆菌高效从头合成苯乙醇》),发表于合成生物学和代谢工程领域顶级期刊Metabolic Engineering。占杨杨博士后为该论文第一作者,陈守文教授和蔡冬波老师为共同通讯作者,湖北大学为第一单位。

发展生物基产品已成为保障生态链良性循环,促进“碳达峰、碳中和”,实现经济社会绿色、可持续发展的战略需求。近年来,我国先后出台多项政策,如发布“合成生物学”和“绿色生物制造”两个“十三五”国家重点研发计划专项、颁布《“十四五”工业绿色发展规划》并将多种生物基产品纳入原料制造重点任务,加速生物制造产业发展。

苯乙醇因其具有独特的玫瑰花香气,而作为香精香料广泛应用于食品、化妆品等领域,是最为广泛的大宗香料之一。同时,苯乙醇还能作为前体合成其他香精香料。此外,苯乙醇还用于航空燃料助推剂和抗菌剂,在航空和医药领域具有良好发展前景。目前,化学合成法生产苯乙醇工艺繁琐,且易造成环境污染。植物提取法受玫瑰等原料限制,提取工艺复杂且成本高。微生物合成苯乙醇具有反应条件温和、原料可再生、产物天然、纯化工艺简单等优势。因此,实现微生物发酵生产苯乙醇将有助于苯乙醇相关产业快速发展。

陈守文教授团队利用溶剂耐受菌株地衣芽胞杆菌作为研究对象,通过基因筛选、模块化代谢工程和发酵工艺优化等策略,实现重组地衣芽胞杆菌高效从头合成苯乙醇。该研究团队通过基因挖掘和酶学分析,鉴定了一个高效转化苯乙醛合成苯乙醇的内源性醇脱氢酶,建立了杂合型艾利希途径,实现了苯乙醇的异源合成。随后通过模块化代谢工程分别对中心代谢、莽草酸合成代谢、苯乙醇竞争和葡萄糖转运途径进行系统改造,使得苯乙醇合成途径的碳代谢流通量大幅提高(图1)。最后,通过发酵工艺优化使得最佳菌株地衣芽胞杆菌PE23合成苯乙醇产量高达6.2 g/L,是目前已报道的最高产量。该研究有望在不久的将来替代传统合成模式(化学合成和植物提取法),实现苯乙醇的绿色、可持续生产,也为其他芳香族衍生化学品的发酵生产奠定基础。

图1 代谢工程改造地衣芽胞杆菌合成苯乙醇

据悉,陈守文教授团队长期从事芽胞杆菌生物技术科研和产业化开发,获得科技部重点研发计划、“973”计划、“863”计划、国家支撑计划、国家科技攻关、国家自然科学基金、教育部新世纪人才支持计划、湖北省科技重大专项等多项国家和省部级课题支持。在地衣芽胞杆菌的系统生物学、代谢组学、代谢工程、蛋白表达、发酵工程等领域取得了系列研究成果,在Chem Eng J、ISME J、Metab Eng、ACS Sustain Chem Eng、Bioresour Technol、Biotechnol Biofuels、ACS Syn Biol、Biotechnol Bioeng、Appl Environ Microb和J Agri Food Chem等国际知名专业期刊发表高水平论文70余篇,获中国和美国授权发明专利50余项,聚γ-谷氨酸、杆菌肽、酶制剂、芳香醇糖苷以及农用微生物菌剂等技术在我国多家企业推广应用。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ymben.2022.01.007

(审稿:谢玉平)


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