生物丁醇代謝工程的研究進展

戴宗杰，董紅軍，朱 巖，張延平，李 寅

(1.中國科學技術大學 生命科學學院，合肥 230026;2.中國科學院 微生物研究所，北京 100101)

化石能源的不斷減少及環境問題的日益加重，迫使人們尋找可持續的方法來維持世界的發展。利用可再生資源生產石油基化學品是一種重要的可持續發展途徑。丁醇作為一種大宗化學品，既是生產許多化合物的重要原料，也是一種潛在的動力燃料或者燃料添加劑。相對于燃料乙醇，丁醇具有更高的能量密度，更強的疏水性，同時不具有腐蝕性，可以延長運輸管道的使用壽命，可以直接使用而無需改造現有的動力引擎［1］。所以近年來，利用生物法生產丁醇受到人們的普遍關注。

ABE(acetone-butanol-ethanol)發酵是生物法生產丁醇的最主要方法，這一方法已經有近百年的歷史。工業上用來生產丁醇的菌株主要有丙酮丁醇梭菌 (Clostridium acetobutylicum)、拜 氏 梭 菌 (C.beijerinckii、C. saccharoperbutylacetonicum 和 C.saccharobutylicum)等菌株，其中對丙酮丁醇梭菌的研究最為深入。1992年，Mermelstein等［2］第一次實現了對丙酮丁醇梭菌ATCC 824的遺傳改造。2001年，丙酮丁醇梭菌基因組測序完成［3］。此后，通過代謝工程改造丙酮丁醇梭菌生產丁醇取得了巨大的進步。

然而，與其他模式菌株相比，丙酮丁醇梭菌缺乏高效的遺傳改造工具。同時，作為革蘭氏陽性厭氧菌，丙酮丁醇梭菌的遺傳操作更加復雜。近年來，許多研究組在其他模式菌株中成功構建了來源于丙酮丁醇梭菌的丁醇生產途徑［4－9］，一些新的丁醇生物合成途徑也被設計出來［10－11］。筆者對代謝工程改造丙酮丁醇梭菌和其他模式微生物生產丁醇進行總結，比較了不同微生物生產丁醇的問題，并展望了生物丁醇的未來發展方向。……