青岛能源所在蓝细菌光合制乙烯研究中取得进展

PCC 6803光合生物合成乙烯示意图

乙烯是一种重要的基础化工原料。近年来,由生物质资源生产乙醇、乙醇再经催化转化制备乙烯相关研究已经取得一些定展,而利用基因工程技术以微生物作为细胞工厂直接合成乙烯成为新的研究热点。

PCC 6803光合生物合成乙烯示意图
PCC 6803光合生物合成乙烯示意图

日前,中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物代谢工程团队研究人员以光合微生物蓝细菌集胞藻pcc6803作为宿主细胞,通过引入来源于丁香假单胞菌( pseudomonassyringae)的乙烯合成酶(efe)基因,构建了一条耦合乙烯合成的三羧酸循环替代路径,实现了在单一生物体系内利用太阳能和co 2直接合成乙烯,并通过进一步研究提高了乙烯产量。相关成果已在线发表于greenchemistry杂志。

因蓝细菌三羧酸循环相对独特,缺乏α-酮戊二酸脱氢酶,α-酮戊二酸到琥珀酸的转化,可由α-酮戊二酸脱羧酶(ogdc)和琥珀酸半醛脱氢酶(ssadh)催化完成。为增加efe的直接底物α-酮戊二酸的供应同时进一步提高乙烯产量,研究人员敲除了乙烯合成菌株odgc和ssadh的编码基因,同时在这两个位点各引入一份 efe拷贝。研究者还在所构建的三拷贝efe菌株中表达了来源于大肠杆菌的α-酮戊二酸通透酶,在外源添加α-酮戊二酸的条件下分析了乙烯合成菌株的碳源分配,从而进一步提高了乙烯产量。经过培养条件优化,基因工程蓝细菌的乙烯产能最终可达9.7mll -1h-1,为目前报道的最高水平。

上述研究得到了中科院“百人计划”和山东省“泰山学者”等项目支持。

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