通过工程手段调控初级代谢过程，实现Synechocystis sp. PCC 6803中异戊二烯的可持续生产

《Microbial Cell Factories》：Engineering primary metabolism for sustainable production of isoprene in Synechocystis sp. PCC 6803

　　

摘要

迫在眉睫的气候危机要求在人类生活的几乎所有方面开发真正可持续的替代方案。通过光合作用生产异戊二烯等化学品是一种有前景的替代传统石油基工艺的方法，因为异戊二烯是广泛应用于各种领域的关键前体。虽然蓝细菌能够实现二氧化碳直接转化为异戊二烯，但需要高效菌株来降低成本和资源消耗。在这项研究中，我们通过对一种产生异戊二烯的蓝细菌模型——Synechocystis sp. PCC 6803的初级代谢进行工程改造，提高了其异戊二烯的生产能力。我们抑制了用于储存碳和能量的聚合物聚羟基丁酸（PHB）的合成，并增加了之前发表的PirC（sll0994）缺失突变体中的异戊二烯合成酶拷贝数。PirC是一种最近发现的调控因子，参与在营养供应受限时新固定碳的代谢过程。经过改造的菌株异戊二烯产量达到了278 μg*L^?1*OD^?1*h^?1，并且在氮供应波动的情况下仍表现出较高的生产率，从而显著提高了异戊二烯生产的氮利用效率。由于硝酸盐是传统蓝细菌培养基中成本最高且对环境影响最大的成分，所提出的策略可以在不影响蓝细菌可持续生产多种化合物性能的前提下，降低成本和减少环境足迹。