工程化耐酸东方伊萨酵母通过木糖发酵过程中的乙酸代谢增强3-羟基丙酸生物合成

本研究通过CRISPR-Cas9基因编辑技术（使用潮霉素B抗性标记）构建了能共利用木糖和乙酸的工程化东方伊萨酵母（I. orientalis）菌株IoDY01H，实现了从木质纤维素生物质高效生产高值化学品3-羟基丙酸（3-HP）。代谢组学分析揭示乙酸补充可重定向碳流向氨基酸和脂质代谢途径，在pH 5.5条件下使大麻秸秆水解液的3-HP产量达8.7 g/L，为醋酸富集生物质的工业化生物转化提供了创新解决方案。

　　

Highlight亮点

本研究开发了具有乙酸耐受性的工程化东方伊萨酵母（I. orientalis）菌株IoDY01H，能利用葡萄糖、木糖和乙酸生产生物塑料关键前体3-羟基丙酸（3-HP）。通过潮霉素B抗性标记的Cas9基因组编辑系统，成功将木糖利用途径和基于β-丙氨酸的3-HP生物合成途径异源导入酵母基因组。

Tolerance to acetate and 3-HP in I. Orientalis 东方伊萨酵母对乙酸和3-HP的耐受性

为评估酵母对富含乙酸的木质纤维素生物质（如大麻生物质）的耐受性，我们比较了东方伊萨酵母和模式酵母酿酒酵母（S. cerevisiae）的耐受性。考虑到乙酸（pKa=4.76）和3-HP（pKa=4.51）的特性，实验在初始pH 3.5条件下进行。结果显示在乙酸胁迫下，东方伊萨酵母展现出显著优于酿酒酵母的耐受性。

Conclusion结论

本研究确立了东方伊萨酵母作为利用乙酸富集木质纤维素生物质生产3-HP的微生物平台。代谢组分析表明，乙酸补充使中心碳代谢流向氨基酸和脂质生物合成途径，同时降低三羧酸循环（TCA cycle）中间产物。在pH 5.5条件下，β-丙氨酸-丙酮酸氨基转移酶活性提高，使大麻秸秆水解液通过分步糖化发酵（SHF）获得8.7 g/L的3-HP产量，显著优于同步糖化发酵（SSF）。