综述：厌氧微生物利用甲醇作为一碳原料的生物转化

这篇综述深入探讨了甲基营养型产乙酸菌（如Eubacterium limosum和E. callanderi）将甲醇（CH3 OH）转化为丁酸（butyrate）和丁醇（butanol）的代谢机制与生物工艺潜力。通过调控CO2 /HCO3 - 浓度、pH等关键参数，可定向优化产物谱。文章系统梳理了Wood-Ljungdahl通路（WLP）的电子传递（NADH/Fd2- ）、遗传工具（CRISPR-Cas9/RNF复合体）及系统生物学（omics）进展，强调绿色甲醇（green methanol）对实现净零排放（net-zero CO2 ）的可持续价值。

　　

甲醇基生物工艺实现单一丁酸生产

甲醇（CH₃
OH）作为液态氢载体，其颜色标签（如绿色、灰色）反映生产原料的可持续性。甲基营养型产乙酸菌通过Wood-Ljungdahl通路（WLP）将甲醇和CO₂
转化为高值化学品。研究显示，5:1的甲醇/CO₂
比例和8.2 mM以下HCO₃
^-
浓度可迫使Eubacterium菌株专一生产丁酸（Δ_r
G^'m
=-417.3 kJ/mol），而高HCO₃
^-
则偏向乙酸生成（Δ_r
G^'m
=-856.5 kJ/mol）。

代谢与生物反应器限制

E. limosum和E. callanderi的甲醇代谢依赖甲基四氢叶酸（CH₃
-THF）和RNF复合体介导的电子传递。关键酶——丁酰-CoA:乙酸CoA转移酶（butyryl-CoA:acetate CoA-transferase）需恒定乙酸水平驱动。连续发酵中，CO₂
stripping效应需通过N₂
调控平衡。

遗传工程工具包

近年开发的CRISPR-Cas9、RecT重组酶和CRISPRi系统支持高效基因组编辑。例如，异源表达Clostridium的adhE2基因可实现丁醇合成（0.3 mM/h），但产量待提升。

系统生物学洞察

多组学整合揭示WLP的5'UTR翻译调控瓶颈。甲基转移酶复合体被鉴定为E. limosum B2甲醇同化的限速步骤，而Ribo-Seq显示自养条件下关键酶翻译效率降低。

结论

绿色甲醇驱动的生物工艺已具备丁酸工业化潜力，而丁醇生产需进一步优化代谢流分配与能量守恒策略。该技术为碳循环经济提供了兼具环境效益（ESG）与商业竞争力的解决方案。