摘要
随着不可再生资源的紧缺以及生态环境的破坏，利用微生物细胞工厂将可再生资源转化为大宗化学品已经成为新的发展趋势。近些年代谢工程和合成生物学发展迅速，也成功实现一些天然产物的生物合成，在一定程度上帮助缓解了能源缺乏的问题，但是由于缺乏对部分天然产物合成路径的了解，导致一些产物未实现生物合成。除此之外，目前已经实现生物合成的大部分产物仍然存在产量低，碳收率低的问题，无法满足工业化生产的要求。为解决上述问题，本研究通过构建产物代谢途径，对大肠杆菌碳代谢网络进行全局分析，重构中心碳代谢，成功构建苯丙酮酸衍生物的生物合成平台（简称PPA平台），实现了4种高附加值芳香族化合物的从头生物合成。为了进一步拓展PPA平台的应用，本研究构建了以苯甲醇为前体的苄酯平台，首次实现4种苄酯的生物合成。 苯甲醇、苯乙醇（2-PE）、尿黑酸和酪醇等天然芳香族化合物具有很大的市场需求量，但是目前由于产量低、碳收率低等问题给产业化生产造成了极大的障碍。本研究通过构建生产上述化合物的微生物合成路径，优化大肠杆菌内源的代谢网络，调整中心碳代谢，首次在大肠杆菌中构建PPA平台。并且利用该平台实现上述4种产物的高产，苯甲醇和2-PE的摇瓶产量分别为492mg/L和662mg/L，尿黑酸和酪醇的摇瓶产量均达到克级水平，分别为1.1g/L和2.5g/L。除2-PE，其余三种产物的产量均是目前已报道的最高产量。接着，本文通过对平台菌株的PTS系统进行精细的改造以及重构中心碳代谢，将酪醇的实际碳收率从0.12g/g提高到0.49g/g，为进一步改造平台菌株生产其他PPA衍生物打下坚实的基础。基于上述的研究，本文以苯甲醇作为继续研究对象，实现了乙酸苄酯、丙酸苄酯、丁酸苄酯以及苯甲酸苄酯的首次生物合成，并且通过平衡宿主菌生长与生产之间的关系，首次实现乙酸苄酯的从头生物合成，产量为117mg/L。本研究最终不仅构建PPA平台高产4种PPA衍生产品，还展示了PPA平台的普适性以及与苄酯平台的紧密联系。
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