丁二酸是一種的平臺化合物，在化工、材料、醫(yī)藥、食品領域有著廣泛的用途，被美國能源部列為未來12種zui有價值的平臺化合物之一。作為C4平臺化合物，其可用于合成1,4-丁二醇、四氫呋喃、γ-丁內(nèi)酯、2-吡咯烷酮以及生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。構(gòu)建生產(chǎn)丁二酸的人工細胞工廠，將可再生生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為丁二酸，是近年來上的研究熱點。
在丁二酸細胞工廠合成途徑的前體供給方面，*天津工業(yè)生物技術研究所張學禮研究員課題組進行了深入的研究。磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）是丁二酸合成的關鍵前體化合物。大腸桿菌通常使用PTS系統(tǒng)進行葡萄糖的轉(zhuǎn)運和代謝，但這條途徑會降低PEP的供給。為了提高細胞供給PEP的能力，需要使用非PTS系統(tǒng)進行葡萄糖的轉(zhuǎn)運和代謝。前期研究表明，通過組合調(diào)控大腸桿菌葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（GalP）和葡萄糖激酶（Glk）基因的表達強度，能將細胞生長速率提高4倍，葡萄糖消耗速率提高10倍。在此基礎上，課題組研究了不同來源（大腸桿菌和運動假單胞菌）的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白和葡萄糖激酶對細胞生長、葡萄糖代謝和丁二酸合成的影響。
研究發(fā)現(xiàn)：1）在敲除PTS系統(tǒng)的細胞中，利用運動假單胞菌葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（Glf）比利用大腸桿菌葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（GalP）的葡萄糖代謝速率快；Glf和大腸桿菌Glk編碼基因組合調(diào)控的菌株，其葡萄糖消耗速率zui快，比GalP和大腸桿菌Glk編碼基因組合調(diào)控的菌株高30%，比出發(fā)菌株提高13倍（如圖）；2）對于丁二酸生產(chǎn)，利用GalP使丁二酸產(chǎn)量增加20%，利用Glf則使丁二酸產(chǎn)量增加41%。
這些改造葡萄糖利用途徑的方法對于優(yōu)化以PEP為前體物的化合物（丁二酸、蘋果酸、富馬酸、芳香族化合物）合成途徑效率具有重要的指導意義。相關論文已經(jīng)在線發(fā)表于AppliedMicrobiologyBiotechnology雜志。
