山东大学梁泉峰/祁庆生团队在利用低劣生物质高产L-苏氨酸研究中取得新进展

近日，微生物技术国家重点实验室梁泉峰/祁庆生团队在Bioresource Technology上发表题为“Combinatorial metabolic engineering of Escherichia coli to efficiently produce L-threonine from untreated cane molasses”的研究论文。梁泉峰教授和祁庆生教授为论文通讯作者，微生物技术国家重点实验室博士研究生靳鑫为论文第一作者。

L-苏氨酸作为一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、药品和化妆品中，主要于饲料添加剂。L-苏氨酸的生产主要通过微生物以葡萄糖或蔗糖为原料进行工业化生产。尽管利用代谢工程策略生产L-苏氨酸取得了显著进展，L-苏氨酸的生产成本仍然限制了其在下游产品中的广泛应用。本研究的目的是利用未处理的甘蔗糖蜜实现大肠杆菌生产L-苏氨酸的高效合成、高效转运、高效改造和低成本生产。

本研究重点开发了一株生产L-苏氨酸的大肠杆菌底盘，采用组合代谢工程方法，包括优化L-苏氨酸生物合成途径中的关键基因、优化L-苏氨酸转运系统、全局转录机械工程（gTME）筛选提高L-苏氨酸生产的转录因子突变体及低劣生物质的利用。研究团队设计的工程菌株能够利用葡萄糖作为碳源，实现高产量（154.2 g/L）、高转化率（0.76 g/g）和高生产强度（2.14 g/L/h）的L-苏氨酸生产。

研究团队进一步构建了一株能够高效利用低劣生物质甘蔗糖蜜生产L-苏氨酸的工程菌株。甘蔗糖蜜是糖生产过程中的粘稠副产品，成分复杂、流动性差、粘度高，给处理带来了挑战。工程菌株利用未处理甘蔗糖蜜生产92.5 g/L的L-苏氨酸，生产L-苏氨酸的底物成本降低了48%。

本研究促进了高效、经济和环保的工程菌株的开发，并展示了从甘蔗糖蜜中生产多种增值产品的巨大潜力。为利用农业废弃物生产L-苏氨酸提供了一种经济可行的方法，有望减少L-苏氨酸合成的总体成本，为L-苏氨酸的工业化应用铺平道路。

这是该团队继2023年在Advanced Science发表利用人工多倍体高产L-苏氨酸成果之后，在该领域又一重要进展。本研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等科研项目的资助。山东大学生命环境研究公共技术平台为本工作提供了重要支持。