基于代谢工程的地衣芽孢杆菌MW03高产2,3-丁二醇和乙偶姻的协同策略研究

本刊推荐：本研究通过CRISPR-Cas9基因编辑技术对地衣芽孢杆菌MW03进行代谢工程改造，系统解析了acoR（乙偶姻脱氢酶调控因子）和budC（2,3-丁二醇脱氢酶）在2,3-BD（2,3-丁二醇）和乙偶姻生物合成中的双重调控作用。通过"敲除-过表达"协同策略显著提高了产物效价（121.97 g/L）和光学纯度（92.7%），为微生物法生产高价值平台化合物提供了理论支撑和工业应用前景。

　　

Highlight

菌株与培养条件

本研究使用的菌株和质粒详见附表S1。使用大肠杆菌DH-5α（诺唯赞生物技术有限公司）进行质粒构建，甲基化质粒采用大肠杆菌EC135 pM.Bam（Zhang et al., 2012）。本研究分离的地衣芽孢杆菌MW03（MW03）作为基因改造的起始菌株。温度敏感型穿梭质粒pKSV7（Meng et al., 2020）用于基因敲除，穿梭载体pHY300PLK（Takara）用于基因过表达。

高产2,3-BD和乙偶姻的地衣芽孢杆菌菌株筛选与鉴定

初步筛选出9株能在70 g/L葡萄糖浓度下快速生长的菌株。通过发酵液检测发现，样品色谱峰保留时间（4.739 min和4.231 min）与2,3-BD和乙偶姻标准品（分别为4.832 min和4.198 min）高度匹配。如图2D所示，MW03菌株表现出最优的2,3-BD和乙偶姻合成能力，其全基因组测序显示acoR和budC基因存在特异性突变。

Conclusions

本研究通过基因编辑和代谢工程策略，系统解析了地衣芽孢杆菌MW03中acoR和budC基因在2,3-BD和乙偶姻生物合成中的关键功能。敲除acoR基因解除其对乙偶姻转化的抑制，使乙偶苷效价提升21.2%至75.09 g/L；budC基因敲除使乙偶姻效价提高49.2%达90.71 g/L，同时使D-(-)-2,3-BD光学纯度显著提升至92.7%。通过过表达alsD基因使2,3-BD产量进一步提高61.9%，最终在acoR突变株中实现121.97 g/L的2,3-BD产量和2.03 g/L·h的生产强度。该协同策略为工业化生产高光学纯度2,3-BD提供了创新性解决方案。