β-胡蘿卜素是重要的天然類胡蘿卜素，傳統(tǒng)生產(chǎn)過程依賴葡萄糖等糧食碳源，存在成本高、可持續(xù)性差等問題。木質(zhì)纖維素作為可再生非糧資源，是實現(xiàn)綠色生物制造的重要原料。其中，木糖是木質(zhì)纖維素中的主要單糖，而乙酸則是其水解過程中的主要副產(chǎn)物。隨著二氧化碳制取乙酸技術(shù)的不斷突破，木糖與乙酸的協(xié)同利用在低碳與可持續(xù)生物制造中展現(xiàn)出更加廣闊的應(yīng)用前景。
近日，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所團隊，在非糧碳源高值化利用和綠色生物制造方面取得進展。團隊通過工程化改造解脂耶氏酵母，實現(xiàn)了兩種來源于木質(zhì)纖維素水解液的主要碳源木糖與乙酸的高效共利用，從而提升了β-胡蘿卜素的生物合成效率。研究以木質(zhì)纖維素衍生物為原料，構(gòu)建了綠色、低碳的代謝網(wǎng)絡(luò)，體現(xiàn)了可再生資源高值化轉(zhuǎn)化的優(yōu)勢。
團隊在β-胡蘿卜素高產(chǎn)菌株中，同時引入異源的木糖氧化還原脫氫途徑和木糖異構(gòu)途徑，使菌株能夠以木糖為唯一碳源進行生長與產(chǎn)物合成，使β-胡蘿卜素產(chǎn)量達到185.4mg/L。為增強乙酰輔酶A供給，團隊進而引入乙酸鈉為補充碳源，優(yōu)化木糖與乙酸比例，在25g/L木糖和25g/L乙酸鈉為混合碳源的條件下，使β-胡蘿卜素產(chǎn)量提升至728.9mg/L。通過進一步引入非氧化糖酵解途徑，促進了5-磷酸木酮糖向乙酰輔酶A的直接轉(zhuǎn)化，提高了碳流利用效率。在優(yōu)化體系下，菌株實現(xiàn)776.9mg/L β-胡蘿卜素產(chǎn)量和70.4mg/g干細胞重的胞內(nèi)含量，較單一木糖碳源提升了4.2倍。
該研究展示了木糖和乙酸向高附加值類胡蘿卜素高效轉(zhuǎn)化的潛力，為實現(xiàn)經(jīng)濟可行、環(huán)境友好的木質(zhì)纖維素生物利用提供了新思路。研究同時證明了解脂耶氏酵母，在利用木質(zhì)纖維素及一碳資源生產(chǎn)高值化合物方面的優(yōu)勢，有助于降低發(fā)酵工業(yè)對葡萄糖的依賴，推動低碳循環(huán)生物制造的發(fā)展。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《農(nóng)業(yè)與食品化學(xué)雜志》（Journal of Agricultural and Food Chemistry）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接
共利用木糖和乙酸高效合成β-胡蘿卜素的細胞工廠策略
本文鏈接：β-胡蘿卜素生物合成效率研究獲進展http://m.sq15.cn/show-12-2116-0.html
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