富马酸是一种重要的平台化学品，广泛应用于化工、医药和食品工业。传统化学合成法依赖苯或丁烷等不可再生原料，且过程能耗高、环境污染大。生物合成法因其绿色、可持续的特点成为研究热点。然而，现有微生物生产多采用葡萄糖等糖类原料，存在碳损失高、与人争粮等问题。
本研究以乙醇为碳源，利用其转化为乙酰辅酶A时不损失碳原子的理论优势，构建了由部分三羧酸循环和乙醛酸支路组成的富马酸合成途径。为解决大肠杆菌在乙醇中生长受限的难题，研究团队采用适应性实验室进化策略，获得了一系列生长恢复且富马酸产量显著提升的进化菌株。
通过基因组与转录组分析，研究人员发现敲除柠檬酸裂解酶基因簇（ΔcitGXFEDCAB）和增强腺苷酸环化酶活性（cyaA截短）是恢复生长的关键。进一步的代谢工程改造中，通过删除maeB、poxB等竞争途径基因，并强化acs表达，最终获得的高产菌株Q6926在5 L发酵罐中实现31.03 mM的富马酸产量，理论碳转化效率较传统葡萄糖路线显著提升。
该研究首次实现了大肠杆菌在以乙醇为唯一碳源的条件下生长耦合的富马酸生产，为利用乙醇等可再生C2原料合成三羧酸循环衍生化学品提供了新思路，有望推动生物制造向更高效、更可持续的方向发展。
相关工作发表于ACS Synthetic Biology杂志，赵广教授和咸漠研究员为论文通讯作者，博士研究生刘洁铮为第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、先进生物制造研究中心发展基金等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.5c00826
微信公众号
微信公众号