燃料乙醇工程菌的代謝工程進(jìn)展

LETTERS IN BIOTECHNOLOGY Vol 23 No 4 Jul, 2012621103969/isn.1009-0002.2012.04037綜述燃料乙醇工程菌的代謝工程進(jìn)展程倩,吳毅歆,何月秋,毛自朝云南農業(yè)大學(xué)農學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院,云南昆明650201[摘要]能源問(wèn)題是現今經(jīng)濟發(fā)展面臨的主要問(wèn)題之一,伴隨著(zhù)21世紀生物發(fā)展的步伐,基于微生物合成生物學(xué)蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)的研究進(jìn)展,利用組合基因的無(wú)標記基因刪除與重組DNA等技術(shù),構建以廉價(jià)的可再生生物原料為碳源、高效合成生物乙醇的發(fā)酵工程菌已成為研究熱點(diǎn)。我們筒要總結了以大腸杄菌、啤酒酵母和運動(dòng)發(fā)酵單胞菌為宿主的乙醇代謝工程改造的相關(guān)進(jìn)展[關(guān)鍵詞]代謝工程;合成生物學(xué);燃料乙[中圍分類(lèi)號]Q789:TQ92[文獻標識碼]A[文章編號]1009-0002(2012)04-0621-06The Development of Ethanologenic BacteriumCHENG Qian, WU Yi-Xin, HE Yue-Qiu, MAO Zi-Chao*Faculty of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, ChinaCorrespondingauthorE-mail:maozich2000@sina.com[Abstract] It has been one of the main bottlenecks for energy issue in the economic development nowadaysWith the rapid progress of microbial synthetic biology, proteomics and metabonomics in the 21st century, it hasbeen becoa research hotspot to construct fermentative engineering bacteria utilizing less expensive, reproduc-ible bio-material as carbon source to biosynthesize ethanol high efficiently, which has been engineered with the introduction of marker gene-free deletion and DNA recombination technology. In this paper, the latest dynamics andachievement in the alcohol metabolism engineering of Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae and zymomonas mobilis were summarized briefly.I Key words] metabolic engineering: synthetic biology; bioethanol全球經(jīng)濟的快速增長(cháng)和工業(yè)化進(jìn)程加速了對能代石油則為燃料乙醇。在汽油中加入一定比例的燃源的需求。能源供給不足已成為當今全球經(jīng)濟發(fā)展料乙醇,不但節省石油在使用過(guò)程中還能降低汽車(chē)的主要制約條件之一。目前,依靠石油等不可再生尾氣中CO的排放量。目前絕大部分燃料乙醇的生能源遠遠不能滿(mǎn)足需求,而且這些傳統能源所帶來(lái)產(chǎn)仍然采用以淀粉類(lèi)和糖類(lèi)作物為原料的傳統發(fā)酵的環(huán)境問(wèn)題的負面影響加重了生態(tài)壓力。目前全球工藝,這種生產(chǎn)方式成本高,難以與傳統能源競爭,石油儲量?jì)H可供開(kāi)采40年,能源的短缺將大大限制在一定程度上限制了燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展。據統計,現在地球每年可以生成由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成的木質(zhì)纖維的生物質(zhì)總量達1440-1800億噸(干重),相當于素廣泛存在于碳薪植物和農作物副產(chǎn)品的秸稈和廢1990~1995年全世界總能耗的3~8倍,是極為豐富的料中,因其具有高產(chǎn)量和可持續性的優(yōu)點(diǎn)而成為更生物質(zhì)資源,將其能源化是解決能源供給不足的主合適的生物質(zhì)原料。但木質(zhì)纖維糖化的難度大,且要途徑。因此,利用合成生物學(xué)”代謝工程木質(zhì)纖維中的半纖維素水解后形成難發(fā)酵的五碳糖和系統生物學(xué)P同等方面的原理與方法,研發(fā)生物能(主要是木糖和阿拉伯糖),木質(zhì)素可裂解為對乙醇源以解決能源危機備受青睞。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步,發(fā)酵微生物有抑制和毒害作用的酚類(lèi),因此加大了開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能已逐漸成為僅次于煤炭、石油和天然乙醇的生產(chǎn)成本。氣的世界第四能源,而生物質(zhì)乙醇又是主要的石油目前天然的高效乙醇發(fā)酵菌株不能利用五碳燃料替代物。糖,而能利用五碳糖的菌株如大腸桿菌和芽孢桿菌無(wú)水乙醇是指含水量低于08%的乙醇用于替的乙醉產(chǎn)率卻極中國煤化工,改造菌株,讓其最大化地CNMHG混合物高收稿期:2011-11-22效發(fā)酵乙醇,并具有對酚類(lèi)等毒性物質(zhì)的耐受性,是作者簡(jiǎn)介:程倩(1987-),女,碩土研究生通伯作者:毛自朝,(E-mlil) maozich2000 Ina. com目前菌株改良的主流,并已取得了突破性進(jìn)展622生物技術(shù)通訊LETTERS IN BIOTECHNOLOGY VOL 23 No 4 Jul, 20121微生物的乙醇代謝途徑速度快和副產(chǎn)物少,對糖的發(fā)酵速度及利用率均髙于酵母的優(yōu)勢,但與酵母一樣,也不能代謝五碳目前已發(fā)現近百種天然發(fā)酵乙醇的微生物(包糖。自然界中,已發(fā)現的大部分微生物都能代謝戊括細菌、絲狀真菌和酵母菌),但高效且可工業(yè)化的糖但卻不能高效將糖轉化成乙醇如大腸桿菌、產(chǎn)酸生產(chǎn)菌株較少。在工程化或天然的乙醇發(fā)酵菌株克雷伯菌( Klebsiella oxytoca)和樹(shù)干畢赤酵母(Pich-中,葡萄糖作為優(yōu)選的單糖,通過(guò)糖酵解(EMP)、磷 ua stupas)等。為獲得高效利用五碳糖發(fā)酵乙醇的酸戊糖(PPP)和 Enter- Doudoroff(ED)等代謝途徑形工業(yè)菌株,目前從兩個(gè)方向進(jìn)行代謝工程和合成生成丙酮酸。丙酮酸進(jìn)一步通過(guò)基團轉移、裂解和氧物學(xué)的改造,一方面是克隆釀酒酵母( Saccharomy化等代謝途徑轉化為乙醇(圖1)。多數乙醇生產(chǎn)菌 ces cerevisiae)或運動(dòng)發(fā)酵單胞菌中能將丙酮酸高效在進(jìn)化過(guò)程中逐步形成在各種條件下均能最大化利轉化成乙醇的酶基因,并在能高效代謝戊糖的微生用葡萄糖的特性,人們利用這一特點(diǎn),通過(guò)代謝工程物中表達;另一方面,則是將戊糖代謝途徑在傳統改造或酶促轉化,將其他單糖(如五碳糖)或非糖底的釀酒酵母和運動(dòng)發(fā)酵單胞菌中表達四。在優(yōu)良物轉化到葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)乙醇的主流代謝途徑。菌株的改造中,除上述需要完整的代謝通路構建外,維持原料(底物)到乙醇代謝轉化過(guò)程中,還原力(主2乙醇發(fā)酵途徑的工程改造策略要是還原性輔酶I和Ⅱ的平衡)及有效能量(ATP)的產(chǎn)生消耗平衡也是工程改造成功與否的關(guān)鍵。在厭氧條件下,酵母菌可將六碳糖轉化成乙醇和二氧化碳,是釀酒工業(yè)中用來(lái)發(fā)酵產(chǎn)乙醇的主要3工程乙醇發(fā)酵大腸桿菌的構建微生物,但缺點(diǎn)是不能代謝五碳糖。在自然界中,運動(dòng)發(fā)酵單胞菌( Zymomonas mobilis)是目前發(fā)現的惟大腸桿菌有完整的己糖和戊糖代謝途徑,但用的以D-葡萄糖、D-果糖和蔗糖為底物,并能將乙葡萄糖或木糖等進(jìn)行發(fā)酵,產(chǎn)物中乙醇只占很小的醇脫氫酶及丙酮酸脫羧酶與ED途徑相偶聯(lián)而高效一部分,大部分為乳酸、甲酸、琥珀酸和醋酸等叫。產(chǎn)生乙醇的革蘭陽(yáng)性菌。與傳統的生產(chǎn)乙醇的酵大腸桿菌中乙醇代謝途徑以糖酵解的中間代謝產(chǎn)物母相比,運動(dòng)發(fā)酵單胞菌表現出多方面的優(yōu)越性,具丙酮酸為基礎,在丙酮酸甲酸裂解酶復合物的作用有乙醇產(chǎn)率高、乙醇耐受力強、滲透壓耐力高、發(fā)酵下,丙酮酸被分解成乙酰-CoA和甲酸。乙醛和乙醇ED葡萄糖甘露糖ZM4中阿拉伯糖半乳糖5磷酸木配糖6磷酸果糖5磷酸核糖酮酸糖酵解磷酸戊糖途徑I基團轉移Ⅱ裂解Ⅲ氧化乙酰輔酶A酮酸脫羧酶丙酮酸合成酶輔隨A丙酮酸甲酸裂解醇2.3.1.54127.1乙酰輔酶乙醛乙酰輔酶甲酸HNADH乙醛脫氫酶MADH、乙醇脫氫酶NADH乙醛脫氫酶NAD-1.1.1.1121.10乙醛NAD乙醛乙醇脫氫酶NADH乙醇脫氫酶乙醇NADH11.1.1ML中國煤化工NAD乙醇CNMHG圖1微生物乙醇代謝途徑主要以己糖和戊糖為碳源形成主要中間產(chǎn)物內酮酸,再進(jìn)一步代謝成乙醇左側是以己糖和戊糖為碳源,在大腸桿菌中反應,右側在運動(dòng)發(fā)酵單胞菌中反應程倩等:燃料乙醇工程菌的代謝工程進(jìn)展623脫氫酶將乙酰CoA還原成乙醇,消耗2個(gè)分子還原條件下有活性,而有活性的丙酮酸脫氫酶與乙醇脫性輔酶Ⅰ。整個(gè)代謝乙醇過(guò)程中,從糖酵解中產(chǎn)生氫酶結合后會(huì )使該菌在厭氧條件下發(fā)酵產(chǎn)乙醇,在1分子丙酮酸只有1個(gè)當量的還原性輔酶I生成。phh的作用下,丙酮酸形成乙酰CoA,產(chǎn)生另一個(gè)當而從1分子丙酮酸到1分子乙醇的過(guò)程需要消耗2量的NADH用于乙醇發(fā)酵,從而保持了細胞內的氧個(gè)當量的還原性輔酶Ⅰ,氧化還原不平衡,因此需要化還原平衡。更多醋酸的產(chǎn)生來(lái)維持細胞內的氧化還原水平。Kol1除了以葡萄糖和木糖為底物外,還可以利運動(dòng)發(fā)酵單胞菌中乙醇代謝的2個(gè)關(guān)鍵酶是丙用木質(zhì)纖維素類(lèi)的其他糖組分,如甘露糖阿拉伯糖酮酸脫羧酶和乙醇脫氫酶,分別將丙酮酸轉變?yōu)橐液桶肴樘堑?在半纖維素水解液中的混合糖培養基醛和將乙醛轉化為乙醇叫。該過(guò)程中,丙酮酸到乙中糖的利用按葡萄糖阿拉伯糖和木糖的順序分別醇的過(guò)程總共只需要1個(gè)還原性輔酶I,與糖酵解獲得了最大理論得率的乙醇。但其不能利用纖維2產(chǎn)丙酮酸生成的1個(gè)還原性輔酶I剛好達到氧化還糖,產(chǎn)酸克雷伯菌含有天然的ps基因,可有效利用原反應的平衡。大腸桿菌的乙醇發(fā)酵改造中目前已纖維2糖,因此,將編碼該糖的Ⅱ型酶和磷酸-β-葡有多種嘗試,克隆運動(dòng)發(fā)酵單胞菌中的pde(丙酮酸糖背酶的cas操縱子引人Kol1,使其能直接發(fā)酵纖脫羧酶基因)和adhB(乙醇脫氫酶基因)融合構建的維素生產(chǎn)乙醇。pet( Production of ethanol)操縱子,在大腸桿菌中表達,獲得了較高的乙醇產(chǎn)量,占發(fā)酵產(chǎn)物的95%四,4酵母戊糖代謝工程的改造進(jìn)一步提高乙醇產(chǎn)量,將p啟動(dòng)子與pet操縱子融合在一起整合到宿主基因組中,結果發(fā)現重組后的假絲酵母( Candida)、管囊酵母( Pachysolen)和大腸桿菌的乙醇產(chǎn)量下降,可能是由于pdc的低水平畢赤氏酵母( Pichia)是目前發(fā)現的能直接利用木糖表達,通過(guò)基因敲除的手段將編碼延胡索酸還原酶進(jìn)行發(fā)酵的酵母屬,在酵母的戊糖代謝方面也取得的基因( frdABCD)刪除,得到菌株KOll,從而打斷了很大進(jìn)展。將樹(shù)木畢赤酵母中能代謝木糖的相關(guān)基延胡索酸到琥珀酸的代謝通路琥珀酸的量下降了因xyll和xy2(編碼木糖還原酶XR和木酮糖脫95%,在葡萄糖或木糖的富營(yíng)養培養基里,乙醇的產(chǎn)氫酶XDH)轉入釀酒酵母中表達,嘗試改造其木糖量基本達到理論值100%-。對比親本,KO11的最代謝能力咧。該策略中木糖在木糖還原酶作用下轉大生長(cháng)速率增加了30%,糖分解速率也增加了化為木糖醇需要消耗 NADPH,而木糖醇在木糖醇脫50%。通過(guò)DNA芯片檢測,發(fā)現這種改變是由于木氫酶的作用下轉化為木酮糖的過(guò)程伴隨NADH的產(chǎn)糖代謝基因的高表達。高濃度的碳源發(fā)酵才能獲生,厭氧條件下 NADPH和NADH不能維持平衡,重得高濃度的乙醇,而它們均能抑制工程菌株的生長(cháng)組菌不能正常生長(cháng),合成大量木糖醇和較少的乙醇與代謝,采用富營(yíng)養法用肉湯培養基來(lái)優(yōu)化KO11,研究者嘗試將發(fā)酵液中通入氧氣,將過(guò)量的還原當篩選高濃度的碳源和乙醇高耐受的菌株,獲得量(NADH)排出,但發(fā)酵過(guò)程需氧限制乙醇的產(chǎn)生;LY01,對比KO11,乙醇濃度從35gL增加到50g/通過(guò)控制 XR/XDH的比率列仍未取得好的結果L,以木糖為碳源,乙醇增加到60gL。DNA芯Roa等在上述工程菌中刪除利用 NADPH為輔酶的片檢測結果顯示甘氨酸和甜菜堿的合成均增加,它谷氨酸脫氫酶GDH1,高表達以NADH為輔酶的們都對滲透壓起保護作用,增加了LYo1的乙醇耐受GDH2,通過(guò)調氨同化途徑調節NADP和NAD的平性。由于KOl1和LYOl均需要豐富的營(yíng)養,乙醇衡,工程菌的乙醇產(chǎn)量增加了16%,木糖醇積累下降生產(chǎn)成本太高,需要進(jìn)一步改進(jìn)。通過(guò)重組工程,將了44%。進(jìn)一步通過(guò)蛋白工程的方法,將木糖還由KOl發(fā)展而來(lái)的產(chǎn)乳酸菌株中編碼NADH的基原酶突變?yōu)槟軆?yōu)先應用NADH而非 NADPH,以提高因刪除,并將含有運動(dòng)發(fā)酵單胞菌乙醇途徑的pde、木糖乙醇代謝的效率。同樣,將細菌和真菌來(lái)源的adhA、adhB基因串聯(lián),隨機插入KOll基因組中叫。阿拉伯糖代謝途徑分別轉入啤酒酵母,嘗試對阿拉在添加了木糖的無(wú)機鹽培養基上發(fā)酵,48h后發(fā)現伯糖的代謝能力。其中,將細菌阿拉伯糖代謝途徑9%的木糖能獲得4%的乙醇。以葡萄糖或木糖為碳所涉及的3個(gè)酶轉入啤酒酵母,細胞整體的氧化還源,Kim等在大腸桿菌K-12中阻斷內酮酸轉化為乳原平衡;而導入真菌包括5個(gè)酶的基因,其表達細胞酸(△hA)、丙酮酸轉化為乙酸(△aceF)和丙酮酸裂內的氧化還原不平衡。啤酒酵母中引入真菌的阿解成甲酸的途徑(ApB),并輔以化學(xué)誘變,所獲的拉伯糖代謝途徑,剛阿拉伯糖為碰源7酸的產(chǎn)量很大腸桿菌突變體在無(wú)外源基因表達的前提下,得到低,而將梢物乳中國煤化工nm)中的82%的乙醇產(chǎn)率圓,在該菌所編碼的內酮酸脫酶阿拉伯糖途徑轉CNMHG043g乙體系PDH中,其內部基因發(fā)生突變,導致其在厭氧醇/g阿拉伯糖的消耗,乙醇產(chǎn)率為029g(gh)生物技術(shù)通624LETTERS IN BIOTECHNOLOGY Vol23 No 4 Jul, 20125運動(dòng)發(fā)酵單胞菌的戊糖代謝工程改造率降低和大腸桿菌的生長(cháng)速率減緩,因此須優(yōu)化PTS突變菌株,挑選在葡萄糖培養基上迅速生長(cháng)的運動(dòng)發(fā)酵單胞菌以葡萄糖和果糖為底物時(shí),能菌株~。通過(guò)提高葡萄糖轉運蛋白(gaP編碼的半夠得到近似理論產(chǎn)量的乙醇;但碳源換成蔗糖時(shí),由乳糖透性酶)或磷酸化系統(gl編碼的葡萄糖激酶)于副產(chǎn)物果聚糖和山梨醇等的形成導致乙醇的生成的表達,增加了對葡萄糖的攝取利用咧。另一種解率較低。該菌具有高耐糖(400g/葡萄糖)、高耐乙除CCR的策略是用不依賴(lài)cAMP的CRP突變體醇(100g/L乙醇)川"4、低生物量高乙醇產(chǎn)率及發(fā)酵用CRP突變體取代野生型CRP后,少數基因對葡萄速度快等優(yōu)點(diǎn),主要缺點(diǎn)是不能代謝戊糖,且會(huì )產(chǎn)生糖表現出敏感性,但不能徹底消除CCR效應。另乳酸、乙醛、醋酸等代謝副產(chǎn)物發(fā)現,內酮醛是糖代謝消耗的抑制劑到,將丙酮醛克隆大腸桿菌中戊糖代謝途徑關(guān)鍵酶木糖異構合成酶的基因敲除后能提高發(fā)酵中對混合糖的利酶(xyA)、木酮糖激酶(xy1B)、轉酮醇酶(aB)和轉用醛酶(tktA)基因并構建2個(gè)人工操縱子,在運動(dòng)發(fā)酵62非糖類(lèi)底物乙醇發(fā)酵菌的工程改造單胞菌中進(jìn)行表達,結合適應性誘導培養,得到能以對非糖類(lèi)的脂肪酸和甘油的乙醇發(fā)酵給予了很木糖為惟一碳源、乙醇產(chǎn)量高達88.2%的菌株門(mén)。在大關(guān)注。脂肪酸經(jīng)β氧化途徑后全部碳原子都合成運動(dòng)發(fā)酵單胞菌ATCC39676中表達大腸桿菌中涉了乙酰-CoA,因此脂肪酸由于其高的儲能和100%及代謝阿拉伯糖的L-阿拉伯糖異構酶、L-核酮糖激的碳利用成為未來(lái)潛在的生物燃料。而以葡萄糖或酶、L-核酮糖-5-磷酸-4-異構酶、轉醛酶及轉酮醇木糖為碳源,通過(guò)糖酵解途徑產(chǎn)生1分子的乙酶,以阿拉伯糖為惟一碳源,乙醇產(chǎn)量高達98%酰-CoA的同時(shí)也產(chǎn)生1分子的二氧化碳或甲酸,碳原子的去路因副產(chǎn)物的產(chǎn)生,損耗了乙醇代謝途徑6其他乙醇發(fā)酵菌的工程改造碳源的利用空間。 Dellomonaco等對軟脂酸和葡萄糖的發(fā)酵進(jìn)行了對比,從每克軟脂酸中能獲得的最6.1高效運用混合糖發(fā)酵乙醇菌株的改造大理論乙醇產(chǎn)量可達138g,而從每克葡萄糖中只上述均是單獨以戊糖或己糖為碳源進(jìn)行的工程能得到051g乙醇,可見(jiàn)以脂肪酸為生物原料能獲菌改造,而目前最有前景的木質(zhì)纖維素乙醇的生產(chǎn)得更多的生物乙醇。甘油是一種多羥基化合物,在流程第一步是水解,水解產(chǎn)物為戊糖和已糖的混自然界主要以甘油酯的形式廣泛存在于動(dòng)植物體合。野生型大腸桿菌在混合糖的利用上有先后,優(yōu)內。油性種子中各種三酰甘油的混合物酯化后能轉先利用六碳糖,如葡萄糖、果糖等,之后才利用木糖、換成甘油,而對藻類(lèi)的研究發(fā)現其能高效、持續產(chǎn)阿拉伯糖且效率較低,這種現象被稱(chēng)碳的分解代謝生大量的三酰甘油,如杜氏藻屬( Dunaliella)在4阻遏(CCR),這種調節機制表現為第一碳源對第二mo/ L NaCl的條件下生長(cháng),可維持細胞內甘油累積碳源轉運和利用過(guò)程中所需基因的表達阻遇。由高達78moL。甘油可以轉換成糖酵解代謝的中于CCR的存在,對木質(zhì)纖維素水解后的戊糖的利用間產(chǎn)物磷酸烯醇式丙酮酸或內酮酸鹽,可以用甘油降低和不徹底,導致乙醇產(chǎn)量很低。來(lái)代替糖,大幅度降低成本。另外,甘油代謝可獲得在大腸桿菌中,CCR涉及細胞內操縱子特殊調2倍于葡萄糖或木糖代謝的還原性輔酶。甘油代謝節機制,如誘發(fā)排斥和誘導物排除,與糖的利用調產(chǎn)物為乙醇和甲酸或乙醇和H2將編碼延胡索酸節系統有關(guān)(SURS)。通用代謝途徑調節主要信號還原酶的基因fd(打斷琥珀酸通路)和磷酸轉酰酶因子包括cAMP受體蛋白即轉錄激活體CRP、第二基因pa(打斷醋酸的通路)敲除,得到的菌株的乙醇信使cAMP腺苷酸環(huán)化酶和葡萄糖磷酸烯醇丙酮酸產(chǎn)量能達到理論最大值;在此基礎上,引進(jìn)fF基因糖磷酸轉移酶系統(PTS)中復合酶ⅡA(EⅡA)。(編碼甲酸氫裂解酶FHL),得到的突變菌株的乙醇磷酸化的EⅡA首先結合并激活腺苷酸環(huán)化酶,合和甲酸產(chǎn)量高達理論最大值的92%96%,但生長(cháng)速成cAMP,高濃度的cAMP與其受體蛋白形成率卻有所下降。用葡萄糖發(fā)酵,產(chǎn)物為乙醇和二CAMP-CRP復合物,并激活相應單糖代謝基因的啟氧化碳,由于氣體的釋放導致碳原子的損耗;而甘油動(dòng)。在葡萄糖或其他PTS糖存在的情況下,EⅡA發(fā)酵能夠獲得2倍產(chǎn)量的燃料.并且減少廢氣的產(chǎn)處于非磷酸化狀態(tài),不能激活腺苷酸環(huán)化酶,進(jìn)而不生。因此甘油的生物代謝越來(lái)越受重視。能轉運代謝其他的糖類(lèi)。為此,可在代謝工程基礎YH中國煤化工上采取各種策略來(lái)減緩CR。一種方案是在多樣糖7結論與展望CNMHG的混合培養基上篩選PS失活體,CCR的作用減輕增加了對混合糖的利用,但是會(huì )出現對葡萄糖利用隨著(zhù)微生物基因組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)的程倩等:燃料乙醇T程菌的代謝工程進(jìn)展625發(fā)展,可以構建能以木質(zhì)纖維為原料高效合成生物物種及基因資源優(yōu)勢進(jìn)行乙醇發(fā)酵菌株的構建,并乙醇的發(fā)酵菌,這正以前所未有速度改變著(zhù)生物乙通過(guò)基因組、蛋白質(zhì)組、轉錄組和代謝組學(xué)的技術(shù)組醇的合成工業(yè)。從生化代謝途徑上看,乙醇合成主合,分析、篩選并獲得可高效利用廉價(jià)生物質(zhì)進(jìn)行乙要通過(guò)中間代謝物內酮酸和(或)乙酰輔酶A轉化而醇發(fā)酵的工程改造菌株,為生物質(zhì)乙醇產(chǎn)業(yè)服務(wù)。來(lái)。應用代謝工程、合成生物學(xué)等策略,高效增加上述重要中間化合物及其向乙醇轉化的代謝通路,可參考文獻以構建重組高效產(chǎn)乙醇菌株,目前已在大腸桿菌、酒酵母和運動(dòng)發(fā)酵單胞菌等為宿主的乙醇代謝工程叫方詡、秦玉琪,李雪芝,等.纖維素酶與木質(zhì)纖維素生物降解中獲成功。在此基礎上,未來(lái)的乙醉發(fā)酵菌代謝工p] US Congress. Energy Policy A+d20851205,109icmg程將從以下方面展開(kāi)。58th采用相似策略,在其他革蘭陽(yáng)性菌[如枯草芽孢 e European Parliament, the Council of the European Union菌( Bacillus subtilis)、熱纖梭菌( Clostridium thermoDirective 2003/30/EC of the European Parliament and of theCouncil of 8 May 2003 on the promotion of the use of bofucallum)、谷氨酸棒桿菌( Corynebacterium glutamiels or othermenewable fuels for transport[Z], Official J E U,cum)]、革蘭陰性菌[如多動(dòng)擬桿菌( Bacteroides poly2003,L123/42.pragmatic)、菊歐文桿菌( Erwinia chrysanthemi).]peis.mheof synthetic biology[J]. Appl MicrobiolBiotechnol,2006734):735-739物克雷伯桿菌( Klebsiella planticola)]單細胞真菌lsk. ou H.,Hm,Ts.ta. Metabolic engineering of[如嗜鞣管囊酵母( Pachysolen tannophilus)、樹(shù)干畢microorganisms for biofuels production: from bugs to syntheticbiology to fuels[J]. Curr Opin Biotechnol, 2008, 19(6): 556-563赤酵母、休哈塔假絲酵母( Candida shehatae)、酒香 [6]Bailey J E. Toward a science of metabolic engineering]. 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Selec程中的乙醇抗性,降低發(fā)酵糖類(lèi)的抑制效應及乙醇tion and optimization of microbial hosts for biofuels productionJI Metab Eng2008.10:295-304分離過(guò)程的能耗。因此,通過(guò)乙醇發(fā)酵菌株進(jìn)行高[3 Postma P w, Lengeler J W, Jacobson G R. Phoephoenolpyr溫適應誘導和〔或)與近源髙溫耐受菌株融合等策略vate: carbohydrate phosphotransferase systems. in Escherichia篩選外高溫耐受菌,或直接將高溫耐受非乙醇發(fā)酵coli and Salmonella typhimurium]. Microbiol Rev, 1993, 57(3)543-594菌[如馬瑞氏熱厭氧桿菌( Thermoanaerobacter math-4] Saier M H. Vectorial metabolism and the evolution of trans-ranⅱ)、解糖熱厭氧桿菌( Tsaccharolytic)、熱葡糖port systems[J). Bacteriol. 2000. 182: 5029-5035[15] Hermandez-Montalvo V. Valle F, Bolivar F et al. Characteriz-苷酶地芽孢桿菌( Geobacillus thermoglucosidasius)tion of sugar mixtures utilization by an Escherichia coli mu.熱纖梭菌]進(jìn)行乙醇代謝改造,將是高溫乙醇發(fā)酵菌tant devoid of the phosphotransferase system[J]. Appl Microbi-研發(fā)的主流。ol Biotechnol. 2001.57: 186-191[16] Nichols NN, Dien B S, Bothast R J. 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