杨世辉教授团队实现厌氧连续发酵联产生物乙醇与生物塑料

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杨世辉教授团队最新研究成果“Metabolic engineering of Zymomonas mobilis for continuous co-production of bioethanol and poly-3-hydroxybutyrate (PHB)（《代谢工程改造运动发酵单胞菌连续生产生物乙醇和聚羟基丁酸酯（PHB）》）”发表于Green Chemistry。硕士研究生李扬为该论文第一作者，杨世辉教授和何桥宁副教授为该论文共同通讯作者，湖北大学为第一单位。

实现“碳达峰、碳中和”是全球经济和社会发展共同关注的热点，生物燃料凭借清洁、低碳和可持续的优势，成为我国能源变革、实现“双碳”目标的有效工具。生物塑料也因其绿色、环境友好、可再生及可生物降解的全生命周期减碳优势，受到前所未有的关注。因此，利用微生物细胞工厂高效、经济生产生物燃料和生物塑料，是减少碳排放，助力 “双碳”目标实现，保障能源安全和实现绿色、低碳可持续发展的重要手段。然而，制约生物燃料与生物塑料推广应用的一个主要因素是生产成本相对偏高。

运动发酵单胞菌是酵母之外天然生产乙醇的GRAS安全菌株，是目前已知唯一能够在厌氧条件下利用Entner-Doudoroff（ED）途径代谢产乙醇的微生物，具有乙醇产率高（98%）、乙醇耐受性强（15% v/v）、基因组小及遗传操作工具完备等优点；已开发为生产纤维素乙醇、2，3-丁二醇及异丁醇等生物燃料及多种平台化合物的细胞工厂。杨世辉教授团队通过启动子替换及增加PHB合成操纵子拷贝数、优化辅因子供给和引入外源乙醇利用途径等经典的代谢工程手段，逐步提升PHB含量；同时利用团队前期建立的CRISPR-Cas基因组编辑手段赋予重组菌株自絮凝特征，无需离心收集菌体，可降低生产成本；随后通过优化发酵碳源和氮源比例，使PHB含量提高到74%（DCW），实现了厌氧PHB高效生产，为目前异源PHB产量最高；该菌株在20多次的厌氧连续发酵中乙醇产量大于9%（v/v），产率稳定在90%以上；同时沉降的菌体可用于生物塑料的生产，增加生产效益。该研究首次在运动发酵单胞菌中实现厌氧连续发酵联产生物乙醇和生物降解塑料PHB，也为利用运动发酵单胞菌构建以丙酮酸或乙酰辅酶A为前体的生物化学品细胞工厂奠定了基础，展现了运动发酵单胞菌作为底盘细胞构建高效细胞工厂，实现生物化学品工业生产的潜力。

代谢工程改造运动发酵单胞菌厌氧发酵联产生物乙醇和生物塑料前体

据悉，杨世辉教授长期从事微生物合成生物学、代谢工程及绿色生物制造研究；2016年底加入湖北大学组建团队后获得国家自然科学基金、科技部重点研发计划、高层次留学人才回国资助、湖北省科技厅技术创新专项、中国教育国际交流协会“中国-中东欧合成生物学科研与人才培养合作项目”等国家和省部级课题支持；在Nucleic Acids Research、Green Chemistry、Bioresource Technology、Biotechnology for Biofuels和Metabolic Engineering等期刊发表论文50余篇，参编专著2部；获美国授权专利1项、中国专利授权8项；并与北京擎科生物科技有限公司、浙江华康药业股份有限公司及河南飞天农业开发股份有限公司等企业合作，致力于基因组合成技术研究及生物燃料与平台化合物产业化发展。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D1GC04522A

审稿人：谢玉平