科学家开发出助力工业菌株合成气高效转化的厌氧荧光报告系统

温室效应主要由二氧化碳排放过多引起，影响全球气候和生态环境。产乙酸菌能够固定二氧化碳，并在自养条件下生产乙酸、乙醇、丁醇等高价值化学品，具有实现减排和资源循环利用的双重潜力。目前，该菌已实现规模化生产，年乙醇产量超过9万吨。尽管该菌在工业上已有应用，但其遗传和代谢工程工具尚不完善，缺乏适用于严格厌氧环境的荧光蛋白报告系统（FPAR）和启动子库，因此限制了其代谢工程的发展。

针对上述问题，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员李德茂团队联合哈尔滨工业大学教授陈国福团队开发出专用于乙醇梭菌的FPAR系统。该系统可在无氧条件下自主发光，无需添加外源荧光配体，简化了实验流程并避免了潜在细胞毒性。同时，研究人员利用FPAR系统实现了自产乙醇梭菌在合成气发酵过程中基因表达的实时可视化监测。实验表明，该系统对菌体生长无显著影响，且在严格厌氧和工业发酵条件下均保持稳定性能。进一步，研究人员基于FPAR系统，对天然启动子进行工程改造，并构建了包含20个强度梯度的组成型启动子库和诱导型启动子库。该库为精准调控代谢通路提供了“调控开关”，使科研人员能够像调节“音量旋钮”一样精细控制目标基因表达水平。

这一研究填补了自产乙醇梭菌合成生物学工具的空缺。同时，该研究通过FPAR系统，可实时优化菌株的代谢网络，为构建高效“细胞工厂”提供了标准化元件，显著提升了工业废气转化效率和化学品产率，有望推动合成气发酵技术的产业化升级。

近日，相关研究成果发表在《国际生物大分子》上。研究工作得到科学技术部、中国科学院、天津市等的支持。

论文链接

乙醇梭菌荧光蛋白厌氧报告系统（FPAR）筛选及其启动子文库的构建流程