工程化恶臭假单胞菌KT2440利用向日葵头可持续生产半乳糖二酸的研究

本研究创新性地利用农业废弃物向日葵头为原料，通过构建阻断半乳糖二酸（GA）降解通路的工程菌株Pseudomonas putida KT2440，结合异源表达尿苷酸脱氢酶（UDH），实现了从粗制D-半乳糖醛酸（GalA）到高附加值化学品GA的高效转化（22.40 g/L），为农业废弃物高值化利用提供了绿色新策略。

　　

Highlight

本研究首次揭示了Pseudomonas putida KT2440内源性半乳糖二酸（GA）代谢通路，开发了从向日葵头果胶衍生的D-半乳糖醛酸（GalA）生产GA的可持续工艺。通过基因编辑阻断GA降解途径（ΔPP_2834 ΔPP_3601）并异源表达农杆菌尿苷酸脱氢酶（UDH），工程菌株实现了商业化GalA（22.40 g/L）和粗制GalA（7.36 g/L）的高效转化，展现了该绿色路线的产业化潜力。

Introduction

随着农业废弃物处理压力剧增，富含果胶（15-25%）的向日葵头成为理想原料。传统硝酸氧化法制备GA存在污染大、成本高的问题，而微生物利用GalA的三条代谢途径中（还原、异构、氧化），仅氧化途径可生成GA。研究团队选择具有卓越环境耐受性的P. putida KT2440作为底盘细胞，通过精准调控其内源GA降解网络，结合关键酶UDH的挖掘与优化，建立了"向日葵头→果胶→GalA→GA"的全链条生物制造体系。

Section snippets

• 原料处理：采用80%乙醇预处理结合果胶酶水解，从向日葵头中高效释放GalA

• 关键酶发现：鉴定出P. putida内源吡咯喹啉醌依赖型葡萄糖脱氢酶和UDH两类GalA氧化酶

• 菌株改造：通过CRISPR-Cas9技术敲除GA降解相关基因PP_2834（预测为脱羧酶）和PP_3601（醛脱氢酶）

Conclusion

该研究不仅拓展了P. putida在生物制造中的应用场景，更开创了向日葵头"变废为宝"的新模式。未来通过优化发酵工艺和构建合成微生物群落，有望进一步提升GA产率，推动生物基尼龙等绿色材料产业发展。