近日，BMC Genomics和metabolic Engineering雜志相繼發(fā)表了中科院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生物丁醇協(xié)作組(姜衛(wèi)紅，楊琛，楊晟課題組)的新研究成果。該協(xié)作組解析了重要產(chǎn)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(guān)的關(guān)鍵酶基因、轉(zhuǎn)運(yùn)基因和調(diào)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(yīng)，使其能同時(shí)、同等程度地利用葡萄糖和木糖兩種底物進(jìn)行溶劑的生物合成。此項(xiàng)結(jié)果在提高木質(zhì)纖維素液體燃料發(fā)酵的生產(chǎn)效率方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。

    丁醇不僅是重要的大宗基礎(chǔ)化工原料，更以其優(yōu)良的燃燒、存儲(chǔ)及運(yùn)輸特性有望成為繼乙醇之后的新一代生物燃料。占生產(chǎn)成本75%以上的糧食類淀粉質(zhì)原料消耗不僅限制了生物丁醇的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，其大規(guī)模的使用難免給糧食市場(chǎng)造成沖擊。因此，以非糧植物資源，尤其用木質(zhì)纖維素替代糧食原料實(shí)現(xiàn)丁醇的發(fā)酵法生產(chǎn)是保證糧食安全性的可行途徑。

    包括玉米秸稈等在內(nèi)的木質(zhì)纖維素原料是自然界儲(chǔ)量豐富的可再生資源，經(jīng)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(chǎn)溶劑梭菌代謝并生成丁醇等重要化學(xué)品，但是梭菌對(duì)木糖的分解轉(zhuǎn)化速度慢、轉(zhuǎn)化率低，而且木糖代謝受到葡萄糖的抑制，從而影響菌株對(duì)木質(zhì)纖維素降解液中多種碳源的同等利用。

    顧陽博士等通過比較基因組學(xué)和遺傳及生化分析，發(fā)現(xiàn)和鑒定了丙酮丁醇梭菌木糖代謝途徑中的關(guān)鍵酶基因、糖轉(zhuǎn)運(yùn)基因以及一個(gè)特異性的木糖調(diào)控因子XylR；在此基礎(chǔ)上，博士生任聰?shù)辱b定了丙酮丁醇梭菌中介導(dǎo)碳代謝物阻遏效應(yīng)的多效調(diào)控因子CcpA；通過對(duì)ccpA基因的中斷失活，可有效地解除CCR效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了菌株對(duì)復(fù)雜碳源的同等利用，從而克服了木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化制造丁醇中的一個(gè)重要技術(shù)瓶頸。協(xié)作組目前正在尋求合作對(duì)象，推動(dòng)木質(zhì)纖維素丁醇生產(chǎn)工藝的中試放大和商業(yè)化進(jìn)程。

    上述兩項(xiàng)研究得到了973計(jì)劃，863計(jì)劃，上海市科委及中科院百人計(jì)劃的資助。