植生生態所取得生物丁醇制造技術研究新進展

　　近日，BMC Genomics和Metabolic Engineering雜志相繼發表了中科院合成生物學重點實驗室生物丁醇協作組(姜衛紅，楊琛，楊晟課題組)的最新研究成果。該協作組解析了重要產溶劑梭菌丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）中木糖代謝途徑，鑒定了與之相關的關鍵酶基因、轉運基因和調控基因，并通過代謝工程手段解除了該菌的碳代謝物阻遏（Carbon Catabolite Repression, CCR）效應，使其能同時、同等程度地利用葡萄糖和木糖兩種底物進行溶劑的生物合成。此項結果在提高木質纖維素液體燃料發酵的生產效率方面具有重要應用價值。

　　丁醇不僅是重要的大宗基礎化工原料，更以其優良的燃燒、存儲及運輸特性有望成為繼乙醇之后的新一代生物燃料。占生產成本75%以上的糧食類淀粉質原料消耗不僅限制了生物丁醇的市場競爭力，其大規模的使用難免給糧食市場造成沖擊。因此，以非糧植物資源，尤其用木質纖維素替代糧食原料實現丁醇的發酵法生產是保證國家糧食安全性的可行途徑。

　　包括玉米秸稈等在內的木質纖維素原料是自然界儲量最豐富的可再生資源，經降解后所得水溶液中的主要成分是葡萄糖與木糖。雖然兩者都可被產溶劑梭菌代謝并生成丁醇等重要化學品，但是梭菌對木糖的分解轉化速度慢、轉化率低，而且木糖代謝受到葡萄糖的抑制，從而影響菌株對木質纖維素降解液中多種碳源的同等高效利用。

　　顧陽博士等通過比較基因組學和遺傳及生化分析，發現和鑒定了丙酮丁醇梭菌木糖代謝途徑中的關鍵酶基因、糖轉運基因以及一個特異性的木糖調控因子XylR；在此基礎上，博士生任聰等鑒定了丙酮丁醇梭菌中介導碳代謝物阻遏效應的多效調控因子CcpA；通過對ccpA基因的中斷失活，可有效地解除CCR效應，實現了菌株對復雜碳源的同等高效利用，從而克服了木質纖維素生物轉化制造丁醇中的一個重要技術瓶頸。協作組目前正在尋求合作對象，推動木質纖維素丁醇生產工藝的中試放大和商業化進程。

　　上述兩項研究得到了國家973計劃，863計劃，上海市科委及中科院百人計劃的資助。