近日,大連化物所生物技術(shù)研究部合成微生物學(xué)研究組(1823組)周雍進(jìn)研究員、高教琪副研究員團(tuán)隊(duì)與西安交通大學(xué)費(fèi)強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)合作,在甲醇生物轉(zhuǎn)化研究中取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)在多形漢遜酵母中構(gòu)建L-乳酸生物合成途徑,系統(tǒng)改造了酵母代謝以提高乳酸合成與甲醇利用的適配性,揭示了甲醇代謝與葡萄糖代謝的輔因子分配機(jī)制差異,并運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析(TEA)和全生命周期評(píng)價(jià)(LCA),評(píng)估了以二氧化碳(CO2)來(lái)源的甲醇生物合成L-乳酸的工業(yè)化前景。
甲醇是極具潛力的一碳資源,可由煤炭、甲烷甚至CO2還原大量制備,改造微生物以甲醇為碳源合成化學(xué)品是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的可行路徑之一。甲醇生物轉(zhuǎn)化合成乳酸,乳酸可進(jìn)一步聚合為可降解塑料聚乳酸,聚乳酸可自然降解為CO2,從而建立碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)。然而,甲醇代謝與產(chǎn)物合成的競(jìng)爭(zhēng)使甲基營(yíng)養(yǎng)菌改造頗具挑戰(zhàn)。因此,系統(tǒng)改造甲醇代謝途徑,提高產(chǎn)物合成效率,是甲醇生物轉(zhuǎn)化研究中的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題。
本研究以甲醇合成L-乳酸為目標(biāo),系統(tǒng)優(yōu)化乳酸生物合成途徑,增強(qiáng)細(xì)胞的甲醇耐受性,并發(fā)現(xiàn)甲醇代謝中輔因子NADPH/NADP+高于NADH/NAD+。基于此,團(tuán)隊(duì)嘗試了Ldh輔因子偏好性改造和線粒體區(qū)室化,使甲醇合成L-乳酸的產(chǎn)量提高1倍。在1 L生物反應(yīng)器中,以CO2制備的甲醇為唯一碳源,L-乳酸產(chǎn)量達(dá)到25 g/L,轉(zhuǎn)化率達(dá)到0.22 g/g。TEA和LCA評(píng)估表明該路線在可持續(xù)化學(xué)品制造中具有潛力。
該工作以“Methanol biotransformation for the production of the biodegradable plastic monomer L-lactate in yeast”為題,發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。該工作的第一作者是大連化物所1823組已出站博士后禹偉和西安交通大學(xué)博士研究生張晨悅。以上工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家資助博士后研究人員計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
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