自养光合菌代谢工程及合成高值化合物

摘要

自养光合微生物是地球上生物的先驱,提供了地球上约50％的氧气,其代谢能力是巨大的可开发资源.研究开发这类光核系统,对其进行代谢工程改造,建造光驱动的"细胞工厂"用于化合物生产将为解决能源问题、环境污染和碳排放问题提供契合点.蓝藻作为一种光合微生物,具有遗传背景清楚,基因操作相对简单的特点,已经用于正丁醇、异丁醛、2,3-丁二醇、脂肪酸、异丙醇等生物燃料和大宗化学品的生产,受到国际科学界广泛关注.本文将植物的苯丙烷合成途径转入细长聚球藻（Synechococcus elongatus）PCC7942，使得重组菌株将CO2和太阳能转化为高值植物天然产物。通过植物源P450的表达，使得苯丙酸类的产量得以提高；同时，利用融合蛋白和竞争途径抑制策略，提高聚酮类的产量。最终，不同重组菌株可以分别产生4.7 mg/L咖啡酸、6.3 mg/L阿魏酸、4.6 mg/L白藜芦醇、7.1 mg/L柚皮素和4.1 mg/L 双去甲氧基姜黄素。这些产物的产量甚至高于许多异样微生物利用有机碳源所得产量，表明该光合生产体系适合于植物天然产物的生产，并具有一定的应用潜力。