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木质纤维素合成化学品研究获进展

文章来源：中化新网更新时间：2023-09-07 16:20:51

中化新网讯 8月30日，记者从中国科学院大连化学物理研究所了解到，该所合成微生物学研究组周雍进研究员团队在木质纤维素生物炼制方面取得新进展。研究团队以多形汉逊酵母作为细胞催化剂，将木质纤维素生物炼制高效合成脂肪酸和3-羟基丙酸等化学品。该项研究有望为可再生原料生物转化合成高附加值化学品奠定基础。

　　据周雍进介绍，木质纤维素来源广泛且可再生，是极具潜力的第二代生物炼制原料。多形汉逊酵母具有天然木糖代谢、耐高温以及高密度发酵等优势，是木质纤维素生物炼制的优良宿主。为实现木质纤维素的高效生物炼制，研究团队通过采用精准的基因组编辑技术改造多形汉逊酵母，使其成为脂肪酸合成菌株。

　　然而，在微生物利用纤维素水解液过程中，存在葡萄糖抑制木糖利用现象，制约了木质纤维素生物转化效率。为解决这一问题，研究团队通过强化多形汉逊酵母木糖代谢效率，在不牺牲葡萄糖利用的前提下，实现了葡萄糖与木糖同步利用。实验数据显示，在葡萄糖与木糖模拟物料中，脂肪酸产量达到38.2克/升；在真实木质纤维素水解液中，脂肪酸产量达到7.0克/升。这也就实现了六碳糖和五碳糖高效同步利用，提高了木质纤维素生物炼制效率，降低了生产成本。

　　在得到脂肪酸后，研究团队又开发了代谢转换技术，让多形汉逊酵母从合成脂肪酸转换为合成3-羟基丙酸。简单来说，该技术就是通过代谢改造去除脂肪酸合成相关基因，随后装载3-羟基丙酸合成相关基因。最终，研究团队将脂肪酸合成菌株转化为3-羟基丙酸合成菌株，获得了79.6克/升的3-羟基丙酸。

　　“利用该技术，我们理论上可以合成更多前体相似的目标产物。”周雍进表示，这一技术也为木质纤维素生物炼制提供了新型高效的微生物平台。

　　此外，木质纤维素的酶解过程通常需要50℃以上的高温，而普通微生物最适生长温度为30℃左右。因此，二者的温差需要耗费大量的冷却成本。而多形汉逊酵母能够耐高温，在50℃条件下正常生长并同步糖化发酵过程，从而节约冷却成本，还能够有效避免杂菌污染。

　　周雍进表示，为早日实现工业化应用，研究团队一方面要在葡萄糖与木糖同步利用的基础上，将理性改造与实验室适应性进化相结合，进一步强化糖利用效率，并揭示相关分子机制；另一方面在初步尝试利用批式补料发酵技术进行水解液利用后，进一步进行放大发酵，建设1000升中试装置。“我们在前期改造多形汉逊酵母中，还实现了甲醇生物转化高效合成脂肪酸。今后，我们还将尝试利用木质纤维素合成更多高附加值化学品，继续深入探索木质纤维素生物炼制的可行性与应用潜力。”周雍进这样说道。

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