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美国圣地亚国家实验室科学家改造大肠杆菌利用木质素生产化学品

  2018年5月19日,据BiofuelsDigest网站报导,在美国加利福利亚州,圣地亚国家实验室的科学家证实了一项利用工程细菌以可再生的植物原料进行化学品生产的技术,可生产航空燃料、塑料瓶等产品,并且经济上具有可行性。



  如何经济、有效地利用硬木原料或木质素,长期以来一直是更广泛地进行能源开发利用的难题。通过对其他已知的天然木质素降解者的机制研究,圣地亚国家实验室的生物工程学家Seema Singh和两名博士后研究人员:现供职于Lodo Therapeutics公司的Weihua Wu和Fang Liu,已经把大肠杆菌改造成一个高效的生物转化细胞工厂。

  “最近几年,我们致力于研究更经济的木质素降解方法,并将其转化为高附加值化学品”,Singh说到:“我们把从自然界木质素分解者那里研究获得的知识应用于大肠杆菌,因为大肠杆菌生长的更快并且能适应严苛的工业生产过程。”

  据悉Singh和她的团队解决了转化木质素为平台化学品的三个关键问题:第一是成本问题。为了让大肠杆菌表达所需要的酶,需要在发酵培养基中添加诱导剂。这一策略虽然非常有效,却消耗大量成本。为此他们的解决策略是:利用木质素降解产生的成分,如香兰素作为诱导剂,使其既作为发酵底物,也作为诱导剂。但高浓度的香兰素同样也会带来第二个问题:毒性。他们的应对策略是使用“自调控”系统,利用香兰素诱导香兰素代谢酶的表达,将香兰素转化为儿茶酚,使得香兰素的浓度永远不会达到毒性水平,而儿茶酚是有用的化合物。第三个问题是效率,发酵培养基中的香兰素需要跨膜进入胞内并被酶所转化,该过程速度缓慢,且涉及被动运输。于是研究人员尝试从其他细菌以及微生物中寻找不同的转运蛋白,并异源表达入大肠杆菌中来解决该问题。

  圣地亚国家实验室的研究人员认为木质素的应用极具前景,而此项工作将是利用木质素进行平台化学品生产的良好开端,此外,他们也在尝试进行途径改造以生产更多的产品,并且不仅局限于大肠杆菌一种微生物。BiofuelsDigest网站同样评论认为,木质素的应用“钱景”将一片光明。