Page 10 - 201902

第 37 卷 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 姜绍通等: 苹果酸生物炼制研究进展 5

摇 摇 表 3摇 苹果酸代谢重建策略及效果
Tab. 3摇 Reconstruction strategies and results for metabolism of malic acid
微生物 代谢的改善策略 提升效果 参考文献
Thermococcus kodaka鄄 通过源自 Thermococcus kodakarensis 的苹果酸酶构建体外人工合 葡萄糖直接转化为苹果酸的产率达到
[13]
rensis KOD1 成途径 60%
为了减少副产物(乳酸、乙酸盐、甲酸盐和乙醇),删除了它们相
Escherichia coli KJ071 苹果酸的质量浓度达到 69郾 1 g/ L [9]
应的基因(驻 ldhA、 驻 adhE、 驻 ackA、 驻 focA鄄pflB、 驻 mgsA)
苹果酸的质量浓度达到 42郾 28 g/ L,并且
预计基因过量表达会增加苹果酸的产量( 尹pc、尹 mdh 和尹
Pichia pastoris GS115 富马酸和琥珀酸的质量浓度分别达到 [33]
fum)
0郾 76、9郾 42 g/ L
Aspergillus oryzae 通过基因的过表达(尹pc 和尹mdh),苹果酸脱氢酶的比活性和
苹果酸的质量浓度达到 154 g/ L [35]
SaMF2103a 68 苹果酸浓度显著增加
Saccharomyces cerevi鄄 该菌株的代谢工程策略基于 3 种基因蛋白的高水平表达(尹pc、 苹果酸的滴度达到 54 g/ L,得率为 0郾 42
[15]
siae RWB525 尹mdh 和尹mae),这种变化直接影响苹果酸的产生 mol/ (mol 葡萄糖)
通过删 除 菌 株 KJ073 的 基 因 ( 驻 frdBC、 驻 sfcA、 驻 maeB、 在 72 h 内产生 253 mmol·L - 1 苹果酸盐,
Escherichia coli ZX658 [12]
驻 fumB、驻fumAC),苹果酸的通量有效增加 得率为 1郾 42 mol/ (mol 葡萄糖)
Escherichia coli WGS 缺失基因(驻ldhA、 驻adhE、 驻pta)和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶基因 好氧培养 12 h, 苹果酸终 质量浓度为
[36]
10 (尹pck)的引入改善了苹果酸通量 9郾 25 g/ L
Rhizopus delemar 乙醇脱氢酶基因的致死突变(驻adh)降低了乙醇的通量,增加了 获得超过 120 g/ L 的苹果酸,杂酸的水
[7]
HF 119 苹果酸的通量 平显著降低
Saccharomyces cerevisi鄄 基因突变(vid24)提出了一种调节酵母细胞中有机酸生成的新 VID24 的突变导致苹果酸生产力的显著
[34]
ae K 901H 机制 增强
克隆并表征丙酮酸羧化酶(pc)基因,用于 Penicillium viticola 152 该菌株具有产生丙酮酸羧化酶的能力,
Penicillium viticola 152 [22]
中的苹果酸过量产生 可以抵抗高工业温度和 pH 值
两种突变菌株均证实 HPr 是 T. fusca 氮
Thermobiida fusca muC 生产苹果酸的 Thermobiida fusca muC HPr 的系统分析 [8]
源代谢的关键调节蛋白
摇 摇 ldhA,乳酸脱氢酶基因;adhE,乙醇脱氢酶基因;ackA,乙酸激酶基因;focA,甲酸转运蛋白基因;pflB,丙酮酸甲酸裂解酶基因;mgsA,甲基乙
二醛合酶;pc,丙酮酸羧化酶基因;mdh,苹果酸脱氢酶基因;fum,富马酸酶基因;mae,苹果酸通透酶;frdBC,富马酸还原酶;sfcA,NAD 依赖的苹
+
果酸酶基因;maeB,NADPH 连接的苹果酸酶基因;fumB 和 fumAC,富马酸酶的几个基因;pck,磷酸烯醇丙酮酸羧激酶;vid24,别名 gid4,葡萄糖
诱导的降解缺陷复合物;HPr,含组氨酸蛋白。

酸)主要包括 4 个加工步骤:原料预处理、水解、发 需要脱毒 [42] 。
酵和产品回收 [41] 。 由于同步糖化发酵提高了产品 2郾 1郾 3摇 五六碳糖共发酵研究
的整体转化效率,是未来苹果酸生物炼制研究的重 拓宽生物质糖生物转化苹果酸的基质范围对其
要发展趋势。 未来成功应用至关重要。 EMP 途径的葡萄糖代谢
2郾 1郾 2摇 提高细胞耐受性的改善策略研究 已经在大多数生物体中得到很好的应用,六碳糖
当碳源从葡萄糖扩展到生物质糖时,必须考 (低聚糖、纤维二糖、淀粉、蔗糖和麦芽糖) 都通过
虑一系列抑制剂和所产生的细胞耐受性或适应 EMP 途径引入或参与葡萄糖代谢。 五碳糖(木糖和
性。 纤维素糖降解过程中形成或释放多种细胞抑 阿拉伯糖) 是来自生物质的水解糖中的重要糖成
制剂,特别是在预处理过程中 [42] 。 这些抑制剂对 分,含量仅次于葡萄糖。 葡萄糖和木糖共同发酵苹
微生物有一定的毒性和负面影响,例如形成的糠 果酸 [7] 对工业制备苹果酸具有重要意义。 六碳糖
醛会导致细胞损伤 [43] 。 研究发现,参与硫同化途 和五碳糖的共代谢途径见图 2。
径的 4 种基因转录水平能显著保护细胞免受糠醛 2郾 1郾 4摇 碳固定化的强化研究
氧化应激的影响,也可通过与质膜密切相关的化 CO 是温室气体的主要成分,在苹果酸 [45] 发酵
2
学和遗传扰动来改善细胞对乙酸抑制剂的耐受 过程中将 CO 固定在磷酸烯醇丙酮酸或丙酮酸中会
2
性 [44] 。 如果高浓度抑制剂在发酵系统中积累,则 产生较大的益处。 CO 的固定效率对苹果酸的生产
2