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热纤维梭菌（Clostridium thermocellum）是一种嗜热、严格厌氧的革兰氏阳性菌，具有降解纤维素和产乙醇的能力。它通过纤维小体和纤维素酶将纤维素生物质转化为乙醇。然而，在生成乙醇的同时，该菌还会产生有机酸（如甲酸、乙酸、乳酸）和氢气等副产物，这些副产物不仅酸化培养基，还分流了碳源和电子，降低了乙醇产量。为了实现乙醇产量的最大化，必须删除这些旁路途径。

此前的研究已尝试通过减少一种或两种副产物来构建工程菌株，包括：1）删除磷酸转乙酰酶基因（pta）以减少乙酸生成；2）删除乳酸脱氢酶基因（ldh）以减少乳酸生成；3）删除脱氢酶基因（hydG）以减少氢气生成；4）删除甲酸合成裂解酶基因（pfl）以减少甲酸生成。但这些工程菌仍会产有机酸或氢气，导致碳源和电子流向乙醇以外的途径，限制了乙醇产量。

最近，研究人员在一株热纤维梭菌中同时敲除了hydG、pfl、pta-ack（磷酸转乙酰酶-乙酸激酶）和ldh基因，获得了5基因敲除菌株C. thermocellum Δhpt ΔhydG Δldh Δpfl Δpta-ack（命名为AG553）。在5 g/L的可溶纤维二糖培养基中培养时，AG553的乙醇滴定量为32.8 mM，而野生型菌株仅为17.7 mM；同时，AG553的氢气产量比野生型减少约5倍。随后，研究人员以洗净、酸稀释等预处理后的杨木和柳枝作为培养基，测试了AG553转化植物生物质的能力。

在预处理后的杨木和柳枝上，AG553和野生型菌株经288小时完成发酵。AG553生成24.9 mM乙醇，而野生型仅生成13.0 mM乙醇。接下来，研究人员将AG553置于不同浓度（1、5、10、20、30和50 g/L）的纤维二糖培养基中培养，以确定最佳乙醇滴定量。结果发现，在20 g/L纤维二糖培养基中，AG553的乙醇产量达到73.7 mM。

对于工业乙醇生产，利用低成本、可再生的底物至关重要。模式底物如纤维二糖可用于实验室研究以快速获得表型，但将模式底物上的表型推广至生物质底物（如杨木和柳枝）非常重要。本研究中，AG553菌株在生物质底物和模式底物上表现出相似的表型，表明其发酵不受真实料液中抑制物的影响。因此，AG553菌株可作为木质纤维素生物能源生产研究及优化过程的平台菌株。

参考文献：
Liang, X., et al. (2015). Metabolic engineering of Clostridium thermocellum for enhanced ethanol production from lignocellulosic biomass. Biotechnology for Biofuels, 8: 123. DOI: 10.1186/s13068-015-0300-3.