巴氏梭菌作为工业底盘细胞高效生产1,3-丙二醇——从代谢工程和菌种进化到过程工程和产品分离

作     者：刘建明 张炽坚 张冰 曾安平 LIU Jianming;ZHANG Chijian;ZHANG Bing;ZENG Anping

作者机构：西湖大学合成生物学与生物智造中心浙江杭州310030 西湖大学工学院浙江杭州310030 浙江省全省智能低碳生物合成重点实验室浙江杭州310030 西湖大学未来产业研究中心浙江杭州310030 广东恒碳科技有限公司广东广州510630 

基　　金：国家重点研发计划(2023YFA09014003) 

出 版 物：《合成生物学》 (Synthetic Biology Journal)

年 卷 期：2024年第5卷第6期

页      码：1386-1403页

摘      要：1,3-丙二醇(PDO)是一种重要的化工原料,广泛应用于材料和化妆品等领域。生物制造PDO具有原料可再生性和环境友好性等众多优点和广阔的发展前景。由于巴氏梭菌(Clostridium pasteurianum)菌株安全、非致病、代谢甘油速率快、生长快、不依赖昂贵的培养基组分、天然具备高效生产PDO代谢途径等条件,利用和改造巴氏梭菌作为工业底盘生产PDO呈现出得天独厚的优势。本文首先回顾了PDO的生物制造现状和挑战,随后深入探讨了采用巴氏梭菌生产PDO的方法,特别关注于巴氏梭菌的甘油代谢机制、甘油发酵的策略和发酵过程的工艺设计。值得一提的是,本文作者研究团队筛选到的巴氏梭菌突变体和随之开发的鲁棒性发酵工艺在一定程度上突破了传统巴氏梭菌对环境的要求,特别是对铁离子浓度的敏感性;在电辅助甘油发酵过程中,PDO产量达到120.7 g/L,生产强度达到4.8 g/(L·h),收率达到理论值;并进一步阐述了巴氏梭菌基因工程改造方面的天然屏障,围绕着理性基因组改造和定向进化等几个方面进行了详细讨论;由于PDO产品纯度(>99.9%)通常有较高要求,因此开发高效的下游处理技术对于实现利用可再生资源发酵生产PDO的工业化应用至关重要,本文在分离工艺方面主要讨论了基于蒸发和蒸馏的PDO纯化技术以及基于萃取的PDO纯化技术。通过对代谢工程、菌种进化、发酵过程优化以及产品分离等多个维度全方位分析,全面地解析了巴氏梭菌生产PDO的特点和优势,以及巴氏梭菌作为新型工业底盘微生物在未来发展过程中值得关注的问题。

主 题 词：生物制造 巴氏梭菌 1,3-丙二醇 粗甘油发酵 下游分离纯化 

学科分类：08[工学] 09[农学] 0901[农学-植物生产类] 0836[0836] 090102[090102] 

核心收录：

D　O　I：10.12211/2096-8280.2024-030

馆 藏 号：203156884...