作為植物細胞壁的主要組分之一，木質素是自然界中儲量最豐富的可再生芳香族聚合物，但由于其復雜的三維網狀結構和頑固的化學性質，木質素的生物高效降解與轉化是工業生物技術領域的重要挑戰。利用微生物將木質素轉化為油脂和單細胞蛋白等高附加值產品，存在降解酶系效率低、優良菌株選育周期長、細胞內碳流定向調控難等瓶頸。
近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員吳信團隊，在木質素生物合成微生物油脂和蛋白研究中取得進展。該團隊將基因組堿基編輯技術與液滴微流控超高通量篩選策略相結合，構建出具有高效木質素降解、油脂與蛋白同步合成的棒狀彎孢霉Curvularia clavata工程菌株M6，為木質素資源的高值化利用和富含油脂單細胞蛋白的綠色生物制造提供了新的解決方案。
研究團隊在具有木質素降解能力的棒狀彎孢霉底盤菌株基礎上，構建了銅離子誘導的MCM5-AID堿基編輯系統，在全基因組范圍內可隨機高效引入C-to-T和G-to-A突變，提升了菌株的遺傳多樣性。在此基礎上，團隊借助液滴微流控高通量篩選技術，選育出漆酶活性顯著提高的突變株M6，其漆酶活性達到228.58 U/L，較出發菌株提高了75%；在以木質素為主要碳源的搖瓶發酵條件下，突變株M6在保持菌體蛋白含量穩定在33%的同時，油脂積累量達到細胞干重的49%；進一步，在5升發酵罐中進行擴大培養時，漆酶活性提升至240.43 U/L，菌體中油脂含量達51%，油脂與蛋白總含量占到菌體干重84%，展現出良好的穩定性和工業化應用潛力。整合轉錄組與基因組分析發現，突變株M6中脂肪酸合成、固醇代謝及甘油酯代謝途徑中的多個關鍵基因表達上調，同時與木質素降解相關的漆酶編碼基因也呈現高表達水平。這些協同調控效應推動了細胞內碳代謝流向脂質合成途徑的高效轉化，從分子機制上解釋了菌株性能提升的原因。
該成果打通了以木質素為碳源合成微生物油脂和蛋白的功能通路，為構建高效生物轉化木質素的工業菌株提供了可行的技術方案，對推進秸稈木質素的綠色生物制造具有重要意義。
相關研究成果在線發表在《生物資源技術》（Bioresource Technology）上。研究工作得到中央引導地方科技發展資金和中國科學院戰略性先導科技專項的支持。
論文鏈接
木質素來源微生物油脂和蛋白高效生物合成的工業菌株創制
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