作者：刘晓珍、王钰莹、吴辉
近日，永利皇宫app
吴辉教授团队在利用非粮二碳碳源（乙醇）合成高附加值化学品及底盘细胞生理机制解析领域取得重要进展。
乙醇是一种可通过合成气发酵获取的非粮可再生碳源，将其作为微生物细胞工厂的底物合成各类高附加值化学品，具有极高的原子经济性和可持续发展潜力。3-羟基丙酸（3-HP）作为一种极具潜力的C3生物平台化合物，在涂料、聚合物等制造业中具有广泛应用。然而，微生物利用乙醇等C2化合物合成3-HP仍面临代谢效率低、菌株耐受性差等工业化瓶颈。为此，吴辉教授团队分别从新型底盘细胞的适应性进化与传统底盘细胞的基因组学生理机制两方面展开了深入研究。
针对新一代快速生长底盘细胞需钠弧菌（Vibrio natriegens）对乙醇耐受性差、利用能力有限的问题，团队采用适应性实验室进化（ALE）策略，成功筛选出能在高浓度乙醇中高效生长的突变菌株。在此基础上，研究团队将3-HP生物合成途径引入进化菌株中，并结合代谢工程策略对其进行了系统重塑：通过优化途径启动子、敲除关键竞争途径基因以阻断中间体降解，并定向添加浅蓝菌素抑制脂肪酸合成，显著提升了乙醇到3-HP的碳流转化效率。最终，改造后的需钠弧菌工程菌株在摇瓶水平的3-HP产量达到3.10 g/L，在1 L生物反应器分批补料发酵中产量最高达到了9.94 g/L。该研究不仅首次实现了需钠弧菌利用乙醇生产3-HP，也为开发基于乙醇的其他乙酰辅酶A衍生物工程菌株奠定了基础。
同时，为了深入探究传统工业菌株大肠杆菌（Escherichia coli）以乙醇为唯一碳源和能源时的生理特性，团队开展了全局转录组学分析。研究发现，相较于乙酸，乙醇不仅同样维持了乙醛酸循环的高转录水平，还显著增强了与氨同化相关的氨基酸（如精氨酸、丙氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺）合成途径。在呼吸链重塑方面，细胞显著下调了cyoABCDE（细胞色素bo3氧化酶），并上调了cydABX（细胞色素bd氧化酶）以应对乙醇带来的氧化应激。此外，研究揭示了全局调控因子RpoS在乙醇培养下呈现出独特的指数期上调时序特征，促使传统的稳定期启动子（SPPs）向指数期依赖型启动子（GPPs）转变。基于这一重要发现，团队巧妙选用了低强度且持续表达的自诱导启动子fic用于驱动3-HP的合成途径，成功避免了中间代谢物的毒性积累。在不添加复杂营养物质的条件下，该菌株在1 L生物反应器中实现了3.47 g/L的3-HP产量。该研究深刻解析了大肠杆菌的乙醇代谢生理网络，为C2生物炼制的理性设计提供了新的范式。
上述研究成果先后发表于学术期刊Bioresource Technology（doi.org/10.1016/j.biortech.2026.134757）和Green Carbon（doi.org/10.1016/j.greenca.2026.03.008）。其中，第一篇论文的第一作者为永利皇宫app
博士生刘晓珍，第二篇论文的第一作者为永利皇宫app
博士生王钰莹，通讯作者均为吴辉教授。该系列研究工作得到了国家重点研发计划、上海市科学技术委员会项目及中央高校基本科研业务费等项目的资金支持。