美国联合生物能源研究所(Joint BioEnergy Institute, JBEI)的研究人员于2010年1月宣布,通过对工业常用酵母——酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)进行工程化改造,成功引入正丁醇生物合成途径,使菌株的正丁醇产量提高了10倍,达到2.5 mg/L。该研究成果已发表于《Microbial Cell Factories》期刊。
正丁醇是一种重要的化工原料和潜在生物燃料,传统上通过梭菌属(Clostridia)发酵生产。然而,梭菌存在诸多局限性:缺乏有效的遗传操作工具来调控代谢、生长缓慢、对正丁醇耐受性低(超过1%~2%即受抑制),且发酵过程中会产生丁酸盐、丙酮和乙醇等副产物。
此前,已有两个研究团队从梭菌中重建了正丁醇生物合成途径,并在大肠杆菌(Escherichia coli)中实现了约1 mM的产量。JBEI的研究则聚焦于酵母,因为酵母具有更高的工业适用性和遗传可操作性。研究团队通过优化代谢途径,从最佳菌株ESY7中,以2%半乳糖为碳源,获得了2.5 mg/L的正丁醇。相比之下,梭菌的产量约为10 g/L,工程化大肠杆菌约为0.5 g/L。尽管酵母产量仍较低,但该研究为利用酵母生产正丁醇提供了新思路,未来可通过进一步代谢工程和发酵优化提升产量。