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NBT:改造解脂耶氏酵母胞质还原势代谢提升生物柴油生产效率

日期:2017-02-22    来源:生物催化剂设计与改造服务

国际新能源网

2017
02/22
14:25
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关键词: 生物柴油 生物质能 生物质

2017年1月16号,代谢工程大牛Gregory Stephanopoulos实验室在NATURE BIOTECHNOLOGY发表改造解脂耶氏酵母(Yarrowialipolytica)提高脂肪酸甲酯产率的文章: Lipid production in Yarrowia lipolytica is maximized byengineering cytosolic redox metabolism。解脂耶氏酵母由葡萄糖为底物合成硬脂酸产生多余的NADH,经改造将NADH转化为脂肪酸合成所需NADPH,使得脂肪酸甲酯生产强度达1.2 g/L/h,过程产率达0.27,较此前工程酵母提高25%,接近NREL技术指标(90 g/L,1.3 g/L/h, 0.28 g-fatty acids/g-lignocellulosic sugars)。

解脂耶氏酵母是模式产油酵母,被广泛改造利用可再生原料生产油脂类燃料和化学品,但仅少数高附加值产品(如ω-3脂肪酸,EPA)得以商业化推广,而低值生物燃料的推广很大程度上依赖原料成本的控制,需要提高原料到油脂的总产率和转化率。

该研究首先通过数学模型评估非脂质生物质产率(YB)、细胞脂质含量(C)和脂质合成途径产率(YL)3个因素对于脂质过程产率(Y)的影响,发现在低生物量时,细胞含油率是提高得率关键;在高含油率时,油脂对葡萄糖的理论得率是关键因素。因此文章旨在提高理论得率。根据葡萄糖到硬脂酸合成的平衡式,将多余NADH转化成脂肪酸合成所需的NADPH,理论产率将由0.271提高至0.311。

基于此,他们通过4种策略将胞质NADH转化为NADPH或乙酰辅酶A,以节省底物中电子用于产物合成。首先在背景菌株中过表达乙酰辅酶A羧化酶(ACC)和二酰基甘油酰基转移酶(DGA)作为出发菌株(AD)。进一步在AD中通过(1)过表达转氢酶,无效。(2)将NAD依赖的原生甘油醛3磷酸脱氢酶替换为NADP依赖的异源版本获得ADgapc2,产率由0.184提高至0.229,提高29%。(3)将丙酮酸/草酰乙酸/苹果酸(POM)循环中过表达NADP依赖的异源苹果酸酶,产率提高至0.21。(4)表达肠膜明串珠菌的磷酸转酮酶和克氏梭菌的磷酸乙酰转移酶引入NOG,生物量和含油率有提高,但得率未有明显提升。此外,过表达NAD激酶也能提高产物转化率。组合策略(2)和策略(3)的工程菌ADgm硬脂酸甲酯总产率达到0.28g/g。

最后,通过分批补料控制发酵条件,ADgm合成脂肪酸甲酯浓度达到99g/L,生产强度1.2 g/L/h,过程产率达0.27 g-脂肪酸甲酯/g-葡萄糖,接近NREL给秸秆糖油脂设定的指标。

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