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      通過工程化大腸桿菌將生物基對(duì)二甲苯氧化成對(duì)苯二甲酸
      
			
      
				2019-06-18 09:44:54
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      KAIST研究人員建立了一種高效的生物催化系統(tǒng)，用對(duì)二甲苯(pX)生產(chǎn)對(duì)苯二甲酸(TPA)。它將使這種工業(yè)上重要的大宗化學(xué)品以更環(huán)保的方式提供。
      

      通過工程化大腸桿菌將生物基對(duì)二甲苯氧化成對(duì)苯二甲酸
      

      研究小組開發(fā)了代謝工程化的大腸桿菌(大腸桿菌)，將pX生物轉(zhuǎn)化為TPA，TPA是制造聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)所必需的化學(xué)品。這種生物催化系統(tǒng)代替了TPA生產(chǎn)的傳統(tǒng)化學(xué)方法的更環(huán)保和更有效的替代方案。這項(xiàng)研究由著名的Sang Yup Lee教授領(lǐng)導(dǎo)，于5月31日在Nature Communications上發(fā)表。
      

      研究小組利用代謝工程和合成生物學(xué)方法開發(fā)了一種重組微生物，可以利用微生物發(fā)酵將pX氧化成TPA。TPA是制造PET的全球重要化學(xué)品。它可用于制造塑料瓶，服裝纖維，薄膜和許多其他產(chǎn)品。目前，TPA是通過工業(yè)上眾所周知的化學(xué)工藝(典型的TPA產(chǎn)率超過95mol%)從pX氧化生產(chǎn)的，然而，這顯示出在高溫和高壓下強(qiáng)烈的能量需求，重金屬的使用等缺點(diǎn)。催化劑，以及不可避免的副產(chǎn)物形成4-羧基苯甲醛。
      

      研究小組通過結(jié)合惡臭假單胞菌F1的上二甲苯降解途徑和睪丸酮叢毛單胞菌T-2的低甲苯磺酸鹽途徑設(shè)計(jì)并構(gòu)建了合成代謝途徑，該途徑在小規(guī)模培養(yǎng)中成功地從pX產(chǎn)生TPA，形成對(duì)甲苯甲酸(pTA)作為主要副產(chǎn)物。該團(tuán)隊(duì)通過使用合成生物學(xué)工具包進(jìn)一步優(yōu)化了途徑基因表達(dá)水平，該工具包使最終工程化的大腸桿菌菌株顯示出增加的TPA產(chǎn)生和完全消除副產(chǎn)物。
      

      利用這種性能最佳的菌株，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)優(yōu)雅的兩相(水/有機(jī))發(fā)酵系統(tǒng)，用于更大規(guī)模的TPA生產(chǎn)，其中pX在有機(jī)相中供應(yīng)。通過多個(gè)優(yōu)化步驟，該團(tuán)隊(duì)最終從8.8克pX生產(chǎn)了13.3克TPA，這表現(xiàn)出97摩爾%的非凡產(chǎn)率。
      

      該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種微生物生物技術(shù)應(yīng)用，據(jù)報(bào)道，這是通過工程化大腸桿菌的微生物發(fā)酵從pX生物基生產(chǎn)TPA的第一個(gè)成功實(shí)例。這種基于生物的TPA技術(shù)具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，例如環(huán)境反應(yīng)溫度和壓力，不使用重金屬或其他有毒化學(xué)品，可以去除副產(chǎn)物，并且100%環(huán)保。
      

      Lee教授說：“我們提出了有前景的生物技術(shù)，用于生產(chǎn)大量用于PET制造的商品化學(xué)TPA，通過代謝工程腸道細(xì)菌。我們的研究有意義，因?yàn)樗C明了生物技術(shù)生產(chǎn)散裝化學(xué)品的可行性，如果在擴(kuò)大規(guī)模時(shí)可重現(xiàn)，它將代表碳?xì)浠衔锷镛D(zhuǎn)化的突破。“
      
			

			
        
      
			
      
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