人工代谢途径合成有机醇有机酸的研究进展

曹晨凯，李佳隆，张科春

（西湖大学工学院，浙江省海岸带环境与资源研究重点实验室，浙江 杭州 310024）

合成生物学的一个重要目标是优化、重构微生物的遗传元件，使其能够满足人们对目标产物合成的需求。通过基因调控，可将微生物转变为高效的生物工厂［1］。20 世纪80 年代初，随着重组DNA 技术的出现，以及人们认识到微生物可以通过基因工程从本质上成为生产燃料和化学品的小化工厂，代谢工程科学因此诞生［1］。代谢工程利用多基因重组技术对细胞代谢途径进行改造，构建新的代谢途径生产特定产物。

1 一碳化合物同化途径

数百年来，通用的石化原料主要为石油与天然气。如今，全球每年因使用化石燃料产生的二氧化碳的排放量约为70 亿吨，过量的温室气体排放会引发许多环境问题，例如，海平面上升、热盐环流减弱与珊瑚礁系统灭绝等［2-3］。因此，社会各界一直在寻找新绿色原料替代传统化石原料。其中，以甲醇和甲酸为代表的一碳化合物（C1化合物）具有较大潜力，传统的甲醇生产工艺是以煤为原料制备合成气，而甲酸主要由二氧化碳通过高温高压、电解与水热反应转化而来［4-5］。C1化合物也可以通过绿色低成本的方法制备，例如，在农业、畜牧业与食品加工产业中，产生的有机物废料经过生物精炼后可转变为生物甲醇和甲酸［6-8］。然而，目前面临的主要困难之一是缺少相应的以C1化合物作为原料的生产技术。因此，相比于改造传统石油化学工艺限制碳排放，合成生物学可以提供一种使用C1原料的思路：改造代谢途径使微生物能够同化C1原料，从而以C1化合物作为碳源进行相应目标产物的生产［9-10］。……