大肠杆菌产琥珀酸基因工程研究进展.pdf

中国生物工程杂志　ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，２９（７）：１０８～１１７ 大肠杆菌产琥珀酸基因工程研究进展 １ １ ２ １ 张玉秀 　王　姣 　王　丹 　齐　峰 （１中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院生物工程系　北京 １０００８３　２中国科学院过程工程研究所　北京 １０００８０） 摘要　生物合成琥珀酸摆脱了对不可再生战略资源石油的依赖，以其社会、经济和环境效益展现 出良好的发展前景。野生型大肠杆菌的琥珀酸生产强度难以满足生物合成琥珀酸工业化的要 求，但遗传背景清楚，容易改造。近年来，人们深入研究了大肠杆菌的琥珀酸代谢途径，通过强化 大肠杆菌琥珀酸合成途径、抑制琥珀酸旁路代谢途径、构建产琥珀酸乙醛酸循环和有氧生产体系 等多种基因工程策略，对大肠杆菌进行菌株改造和代谢进化筛选，提高了琥珀酸产量。综述了大 肠杆菌产琥珀酸的基因工程研究进展。 关键词　琥珀酸　大肠杆菌　基因工程 中图分类号　Ｑ７８ 　　琥珀酸，学名丁二酸，广泛存在于人体、动物、植物 ＭａｎｎｈｅｉｍｉａＳｕｃｃｉｎｉｃｉｐｒｏｄｕｃｅｎｓ），产琥珀酸厌氧螺菌 （ ［１］ （Ａｎａｅｒｏｂｉｏｓｐｉｒｉｌｌｕｍｓｕｃｃｉｎｉｃｉｐｒｏｄｕｃｅｎｓ），谷氨酸棒杆菌 和微生物中 ，是三羧酸循环（ＴＣＡ）的中间产物之一。 琥珀酸是许多大宗化学产品如ｌ，４丁二醇、四氢呋喃、 （Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）和大肠杆菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ? 丁内酯和己二酸等的中间原料，可以取代很多基于 ｃｏｌｉ）等。其中产琥珀酸厌氧螺菌可自然产生高浓度琥 γ? 苯和石化中间产物的商品。传统的琥珀酸生产是以不 珀酸，但对高浓度葡萄糖和琥珀酸盐耐受性较差，而且 可再生战略资源石油为原料，而目前石油储量在不断 要求严格厌氧环境，营养条件复杂，产物分离困难，生 减少，价格在不断增长，并且石油工业对环境有很大的 产成本较高，代谢途径尚未完全清楚，并且具有引起人 类菌血症的潜在病毒性。产琥珀酸放线杆菌和产琥珀 负面影响，这促使了琥珀酸生物合成工业的研究和发 ［２～４］ 酸曼氏杆菌都属于瘤胃细菌，与其它测序基因组相比， 展 。微生物发酵生产琥珀酸以可再生资源糖和二 二者的基因组序列更为相似，有很多共同的代谢特征： 氧化碳等作为主要原料，不仅摆脱了对石油化工原料 如能利用葡萄糖、果糖、木糖等多种碳源；以甲酸、乙酸 的依赖，而且可以固定二氧化碳，减少温室气体，绿色 和琥珀酸为主要发酵产物。产琥珀酸放线杆菌能耐受 环保，具有一定的环境效益。通过发酵法生产的琥珀 高浓度的琥珀酸盐和葡萄糖，是最具发展前景的琥珀 酸，价格约为０．５５～１．１０＄／ｋｇ，使得琥珀酸衍生物１， 酸生产菌之一，其突变株系 １３０Ｚ的琥珀酸产量可达 ４丁二醇、四氢呋喃和 丁内酯等可以和石油化学产 ? γ? １１０ｇ／Ｌ，是迄今报道的琥珀酸产量最高的菌株。但产 ① 品在生产成本上形成竞争 。 琥珀酸放线杆菌对营养条件要求较高，并且只能在高 　　发酵菌株是琥珀酸生物合成的关键点之一，多数