综述：微生物生产烷烃的最新趋势

这篇综述系统总结了微生物合成烷烃（alkanes）的最新进展，重点探讨了通过代谢工程（如AAR/ADO通路）、合成生物学（CRISPR-Cas9技术）和系统生物学优化微生物（如E. coli、S. cerevisiae）生产可持续生物燃料的策略，并分析了工业化应用的挑战与前景。

　　

微生物合成烷烃的现状与挑战

烷烃作为饱和烃（C_nH_2n+2）是石油化工和燃料（如汽油、航空煤油）的核心成分。传统化石燃料的不可持续性和环境问题推动了微生物合成烷烃的研究。通过工程化细菌、酵母和藻类，可利用葡萄糖、甘油甚至CO₂等可再生原料生产烷烃，如十六烷（C₁₆H₃₄）和甲烷（CH₄）。

关键代谢通路与酶学机制

微生物合成烷烃的核心路径包括：

1. 1.

   脂肪酸衍生途径：依赖酰基-ACP还原酶（AAR）将脂肪酸转化为醛，再由醛脱羰基酶（ADO）催化生成烷烃（如C₁₃-C₁₇）。

   
2. 2.

   聚酮合酶（PKS）样通路：如Nostoc punctiforme中的Ols酶，通过迭代链延长直接合成长链烷烃。

3. 3.

   细胞色素P450氧化脱羧：如OleT_JE将游离脂肪酸转化为烯烃和烷烃。

基因工程与合成生物学策略

通过CRISPR-Cas9技术对大肠杆菌（E. coli）和酿酒酵母（S. cerevisiae）进行基因改造，可显著提升产量。例如：

• •

  过表达AAR和ADO基因使E. coli烷烃产量达300 mg/L（表1）。

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  酵母中引入昆虫源CYP4G1可合成C₂₃-C₂₇长链烷烃。

工业化应用与瓶颈

尽管Amyris和LS9等公司已实现中试生产，但低酶活性（如ADO氧敏感性）、产物毒性和分离成本仍是主要障碍。未来需结合动态调控（如诱导型启动子）和两相发酵技术优化生产。

前景与可持续性

微生物合成烷烃有望实现碳中性甚至负排放，推动循环生物经济（circular bioeconomy）。通过整合AI模型和实验室进化（ALE），可加速菌株设计，为绿色能源提供新范式。