上海交大白凤武团队在谷氨酸棒杆菌一碳资源利用方面取得新进展

　　

甲酸是实现碳固定的重要有机一碳化合物，可以通过光/电催化二氧化碳还原生成，继而作为廉价碳源被微生物代谢利用。然而，目前已知的天然可以利用甲酸的微生物面临着培养难、产物谱有限、代谢效率低、基因编辑复杂等问题，因此，开发高效利用甲酸的底盘微生物仍然是一个巨大的挑战。

近日，上海交大白凤武教授团队以Systems metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum to assimilate formic acid for biomass accumulation and succinic acid production为题在Bioresource Technology上发表了研究性论文，生命科学技术学院青年教师李凯为论文的第一作者，刘晨光副教授为通讯作者。

图1 电耦合谷氨酸棒杆菌利用CO₂生产丁二酸

A: 电耦合谷氨酸棒杆菌装置 B: 甲酸和CO₂共利用代谢途径

该研究首次将工业微生物谷氨酸棒杆菌改造具有利用甲酸能力的底盘细胞，并利用甲酸生产丁二酸。该团队针基于前期构建的高产丁二酸的底盘菌株（Bioresource Technology, 2023, 378:128991）进行了模块化的代谢改造，首先敲除了3-磷酸甘油酸脱氢酶（SerA），阻断了菌株利用葡萄糖生产丝氨酸的通路，使菌株在没有丝氨酸的培养基中不能利用葡萄糖生长；其次引入了永达尔梭菌的甲酸同化途径并表达了甘氨酸裂解系统；进一步异源表达了分别以NAD⁺和NADP⁺为辅因子的甲酸脱氢酶并通过代谢网络模拟找到了相关限制甲酸利用的靶点，针对这些基因靶点操作后得到的工程菌株成功同化了甲酸。最后，通过C¹³标记的甲酸盐喂养工程菌株，对胞内代谢物进行同位素分析证实了工程菌株可以同化甲酸。这项研究首次构建了可以进行甲酸同化的谷氨酸棒杆菌，也为其他微生物C1资源的利用提供了借鉴。

图2 甲酸同化谷氨酸棒杆菌菌株设计

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852424004772?dgcid=author

作者：

生命科学技术学院

供稿单位：

生命科学技术学院