王山山， 崔蘭玉，薛正蓮，張 翀，邢新會

(1. 安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2. 清華大學(xué) 化學(xué)工程系 生物化工研究所 工業(yè)生物催化教育部重點實驗室，北京 100084；3. 清華大學(xué) 合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心，北京 100084)

扭脫甲基桿菌AM1生物加工過程研究進(jìn)展

王山山1， 崔蘭玉2，3，薛正蓮1，張 翀2，3，邢新會2，3

(1. 安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2. 清華大學(xué) 化學(xué)工程系 生物化工研究所 工業(yè)生物催化教育部重點實驗室，北京 100084；3. 清華大學(xué) 合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心，北京 100084)

甲醇作為重要的一碳化工原料，可由甲烷、合成氣和CO2等轉(zhuǎn)化制得。扭脫甲基桿菌AM1是以甲醇作為唯一碳源和能源來進(jìn)行生物發(fā)酵的微生物。由于原料來源廣泛，發(fā)酵過程染菌的風(fēng)險低，且能夠利用合成培養(yǎng)基降低生產(chǎn)成本，同時產(chǎn)物后處理簡單，扭脫甲基桿菌AM1被廣泛利用在生物化工領(lǐng)域。目前，扭脫甲基桿菌AM1以甲醇作為碳源，已經(jīng)成功實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，扭脫甲基桿菌AM1以甲醇為底物有望合成更多高附加值的產(chǎn)品。本文中，筆者對扭脫甲基桿菌AM1生物加工過程進(jìn)行綜述，希望對甲醇基生物工業(yè)有所啟發(fā)。

甲醇；生物化工；高附加值產(chǎn)品；扭脫甲基桿菌AM1

甲醇作為一種重要的化工原料，可由煤、石油、天然氣、合成氣等化石資源以及生物質(zhì)等可再生資源生產(chǎn)。在我國，甲醇是煤化工的重要產(chǎn)物，據(jù)CMAI數(shù)據(jù)顯示，目前我國甲醇產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的50%。隨著低溫、低壓合成甲醇技術(shù)的快速推廣，甲醇的產(chǎn)量仍然在不斷增長。甲醇的高值化轉(zhuǎn)化和利用成為碳一化工的重要課題。早在20世紀(jì)70年代，英國、挪威和日本等國以甲醇為碳源，利用甲基營養(yǎng)型微生物實現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白[1]。為了開辟甲醇的利用新途徑，近年來，隨著代謝工程、合成生物學(xué)、基因組學(xué)和生物過程工程的進(jìn)步，對甲醇利用微生物的認(rèn)識和工程化改造能力不斷深入，通過途徑工程實現(xiàn)了以甲醇為碳源生產(chǎn)多種高附加值產(chǎn)品。

甲基營養(yǎng)型微生物簡稱甲基營養(yǎng)菌，是一類能以非C—C鍵化合物作為碳源和能源的微生物的統(tǒng)稱[2]，廣泛存在于空氣、水、土壤以及植物表面，在全球碳循環(huán)中具有重要作用[3]。甲基營養(yǎng)菌能夠以甲醇作為唯一碳源和能源，在廉價的合成培養(yǎng)基上生長并合成各種代謝產(chǎn)物，自甲基營養(yǎng)菌(Methylomonasmethanica)在1906年首次發(fā)現(xiàn)以來，得到了廣泛而深入的研究[4]。

甲基營養(yǎng)型細(xì)菌主要分布在朊細(xì)菌門(P r o t e o b a c t e r i a)、α-朊細(xì)菌亞門(α-P r o t e o b a c t e r i a)、α-變形菌綱(α-Epsilonproteobacteria)、根瘤菌目(Rhizobiales)甲基桿菌科(Methylobacteriaceae)和甲基桿菌屬(Methylobacterium)中[3-5]。系統(tǒng)發(fā)生學(xué)分類主要是根據(jù)甲基營養(yǎng)菌的生理生化特征來分的，能夠利用絲氨酸(Serine)循環(huán)和卡爾文循環(huán)(CBB)進(jìn)行甲醛同化作用的為α-變形菌綱；能夠單一性利用非甲烷甲基類營養(yǎng)物質(zhì)的為β-變形菌綱；能夠利用核酮糖單磷酸循環(huán)(RuMP)進(jìn)行甲醛同化作用的為γ-變形菌綱[6-7]。

扭脫甲基桿菌AM1(MethylobacteriumextorquensAM1)是以甲醇為唯一碳源和能源生長代謝的甲醇營養(yǎng)菌，它可以通過聚羥基脂肪酸酯(PHB)合成途徑、甲基丙二酸單酰輔酶A(EMC)循環(huán)、Serine循環(huán)進(jìn)行C1同化作用。扭脫甲基桿菌AM1菌體呈粉紅色，屬于嚴(yán)格好氧型微生物，在細(xì)菌分類學(xué)上屬于α-變形菌綱，是革蘭氏陰性菌[8]。扭脫甲基桿菌是研究甲基代謝的模式菌株，在1960年被發(fā)現(xiàn)后，研究工作主要集中在菌體培養(yǎng)和生理特性研究，直到20世紀(jì)80年代才開始基因克隆方面的研究。

本文中，筆者將首先綜述甲基營養(yǎng)微生物的代謝特征，隨后著重介紹甲基營養(yǎng)菌模式微生物扭托甲基桿菌AM1在甲醇高值化生物加工過程中的最新研究進(jìn)展，并討論其面臨的機遇與挑戰(zhàn)。

1 微生物細(xì)胞代謝甲醇的方式

甲基營養(yǎng)型微生物有4種甲醇代謝方式[9]如圖1所示。它們分別是XuMP 循環(huán)、絲氨酸循環(huán)、CBB循環(huán)和RuMP循環(huán)。對于一些甲基營養(yǎng)型細(xì)菌，有絲氨酸循環(huán)的α-變形桿菌稱為I型菌株，而含有核酮糖單磷酸途徑的γ-變形桿菌綱稱為II型菌株，能以甲烷為碳源的稱為III型菌株[10]。分別以扭脫甲基桿菌AM1、甲基營養(yǎng)型酵母(Methylotrophic yeast)、能以甲烷為碳源的菌株(AcidimethylosilexfumarolicumSolV)、嗜有機甲基菌(Methylophilusmethylotrophus)和甲基單胞菌(Methylomonasmethanolica)研究最多，其中后2種實現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。

在甲基營養(yǎng)型酵母中[11]，2.06CH3OH+2.02O2+0.15NH3+nutrient→CH1.75O0.5N0.15(biomass)+1.06CO2+3.47H2O，ΔH=-268.4 kJ/mol，約49%的甲醇形成生物量，51%的甲醇生成能量，酵母的生物細(xì)胞得率為0.37～0.45[12]。

I型菌株中甲醇代謝方程[13]：1.63CH3OH+1.39O2+0.23NH3+nutrient→CH169O038N024(biomass)+0.63CO2+2.76H2O，ΔH=-449.7 kJ/mol，約38%的甲醇生成能量，62%形成生物量。I型菌株細(xì)胞得率為0.55 g/g，要高于甲基營養(yǎng)型酵母[12]，II型菌株能夠再利用細(xì)胞代謝產(chǎn)生的約1/5的CO2形成約50%生物量，相當(dāng)于減少了16%甲醇消耗[14]，因此，I型菌株生物量底物得率要高于II型菌株。I型菌株特別是模式微生物AM1，已經(jīng)成為甲基營養(yǎng)型細(xì)菌的模式菌株。

甲基營養(yǎng)菌以甲醇作為碳源，利用核酮糖單磷酸循環(huán)、絲氨酸循環(huán)進(jìn)行生長和代謝，已經(jīng)被用來合成多種高附加值產(chǎn)品，以甲醇作為碳源的甲基營養(yǎng)菌的生長參數(shù)如表1所示。

圖1 甲醇在甲基營養(yǎng)菌中的代謝方式[8]Fig.1 Metabolic patterns of methanol in methylotrophic bacteria

菌種代謝途徑細(xì)胞產(chǎn)率/(g·L-1)細(xì)胞干質(zhì)量/(g·L-1)細(xì)胞得率/(g·g-1)備注φ(甲醇)/%文獻(xiàn)MethylomonasmethanolicaRuMP2550050SCP工業(yè)04～11[1]Methylomonassp．RuMP284114049連續(xù)過程05～1[2]MethylobacteriumorganophilumSerine36250034PHA02[3]Methylobacteriumsp．Serine2172PHA050[5]MethylobacteriumextorquensSerine12561028GFP018[15]Mixedculture455106044連續(xù)過程013[16]

注：SCP—單細(xì)胞蛋白;Mixed culture—多菌混合培養(yǎng)。

2 扭脫甲基桿菌AM1甲醇高值化生物加工過程

扭脫甲基桿菌AM1的C1代謝圖譜[17]、全基因序列[18]和代謝網(wǎng)絡(luò)[19]等均得到了闡明，各國科學(xué)家的研究大多基于PHB合成途徑、EMC循環(huán)和Serine循環(huán)構(gòu)建大量工程菌株用于生產(chǎn)多種化合物，特別是2014年以來，各國研究者不斷嘗試?yán)没蚬こ痰氖侄伪磉_(dá)外源基因來生產(chǎn)功能化PHB[20]、生物能源[21]、富康酸[22]和蛇麻烯[23]等，隨著人們認(rèn)識的深入，將大大拓展甲基營養(yǎng)菌的應(yīng)用前景。下面將從PHB循環(huán)產(chǎn)物、EMC循環(huán)的化學(xué)品和氨基酸產(chǎn)物這幾個方面來介紹扭脫甲基桿菌AM1利用甲醇作為底物生產(chǎn)多種高附加值化合物的情況。

2.1 PHB循環(huán)產(chǎn)物

PHB(聚β-羥基丁酸)是菌體儲能物質(zhì)，具有優(yōu)良的生物可降解性和組織相容性，可用于包裝、醫(yī)藥衛(wèi)生和紡織等領(lǐng)域。AM1作為天然產(chǎn)PHB的菌株，有30多年研究歷史，PHB產(chǎn)量最高達(dá)到149 g/L，占細(xì)胞干質(zhì)量的64%，細(xì)胞得率達(dá)到0.2 g/g[24]。表2為不同的研究者利用M.extorquens生產(chǎn)PHB情況。

從表2可知，原始菌株可以達(dá)到較高的細(xì)胞密度(83.88 g/L)[24]，工程菌發(fā)酵最高僅為5 g/L[30]。M.extorquens發(fā)酵過程或者搖瓶培養(yǎng)過程中甲醇體積分?jǐn)?shù)均不高于1%(7.94 g/L)。從工業(yè)應(yīng)用的角度來看，PHB作為大宗化學(xué)品，提高總產(chǎn)量和單位時間產(chǎn)量是關(guān)鍵，除了要解決工程菌株代謝平衡的問題，提高菌株耐受甲醇的能力也十分重要。

日本名古屋大學(xué)的Suzuki教授對高密度發(fā)酵產(chǎn)PHB的研究最為充分，他們的研究獲得了最高的生物量，具有重要的參考價值[24]。他們根據(jù)細(xì)胞生長和產(chǎn)PHB的過程曲線，將發(fā)酵分為2個階段，分別為細(xì)胞生長階段和產(chǎn)PHB階段，研究了氮源補料的兩種策略。細(xì)胞生長階段通過氨水來控制的pH，當(dāng)細(xì)胞質(zhì)量濃度達(dá)到60 g/L，細(xì)胞進(jìn)入產(chǎn)PHB階段后，采取2種策略：①停止補加氨水并且不再流加任何氮源；②氨水進(jìn)入恒速補料模式：0.52、0.26、0.08和0.02 g/h的補料速率。在2種補氮方式中，微量元素與氨水同時流加。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在PHB生產(chǎn)階段，添加少量氮源比不添加氮源更有利于積累PHB，但添加過量的氮源會導(dǎo)致細(xì)胞中的PHB降解。方式①在175 h達(dá)到136 g/L的PHB產(chǎn)量，得率為0.18 g/g；在90 h時，PHB占細(xì)胞干質(zhì)量的60%。方式②中，氨水流加速率為0.08 g/h時，在58 h，PHB就占細(xì)胞干質(zhì)量的60%，在100 h，細(xì)胞干質(zhì)量達(dá)到200 g/L，但方式②也有一些問題，比如氨水恒速流加導(dǎo)致氨水過量對細(xì)胞造成毒害。1986年，Suzuki等[25]用第2種氮源流加方式，研究補料液中的碳氮比(C/N比)為750、100、125、163、213和250時對PHB產(chǎn)量的影響。首先將補料C/N比與單位細(xì)胞中PHB的含量進(jìn)行線性擬合，然后將單位細(xì)胞中PHB的含量與尾氣中的CO2含量進(jìn)行線性擬合，實現(xiàn)通過檢測尾氣中CO2濃度自動控制補料液中的C/N比來達(dá)到更高的PHB產(chǎn)量。當(dāng)發(fā)酵121 h，在C/N比為100的條件下，PHB產(chǎn)量達(dá)到136 g/L，延長培養(yǎng)時間為170 h，PHB產(chǎn)量達(dá)到149 g/L，細(xì)胞干質(zhì)量達(dá)到233 g/L，細(xì)胞中PHB含量為64%，產(chǎn)物得率為0.2 g/g。研究還發(fā)現(xiàn)，通過C/N比可以控制PHB在細(xì)胞中的含量，PHB的比生成速率以及微生物的代謝能夠維持在較高的水平。

表2 利用M. extorquens 生產(chǎn)PHB情況

由于純的PHB結(jié)晶度較高，剛性和脆性存在不足，通過將PHB與羥基烷酸酯或其他單體共聚生成功能型PHB來改善純PHB的機械性能。培養(yǎng)基中添加戊酸酯、正戊醇[28-29]、飽和/非飽和羧酸[27]等底物就能利用合成功能型PHB。但通過外源添加輔助底物會增加經(jīng)濟成本。因此，在2014年，Orita等[20]通過代謝網(wǎng)絡(luò)改造菌株，不需添加其他底物，僅利用甲醇就能生產(chǎn)功能型 PHB，大大節(jié)約成本，但目前菌株產(chǎn)量比較低，還需進(jìn)一步改進(jìn)。

2.2 基于絲氨酸循環(huán)及EMC循環(huán)的化學(xué)品合成

絲氨酸循環(huán)和EMC循環(huán)，它們擁有部分相同代謝途徑，使得這兩個循環(huán)之間構(gòu)成了相互聯(lián)系的代謝循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，而這樣的代謝網(wǎng)絡(luò)是M.extorquensAM1菌株能夠更好地利用甲醇作為碳源進(jìn)行正常生長代謝和生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)。絲氨酸循環(huán)途徑是M.extorquensAM1在代謝中重要的中心代謝途徑，存在于各中心代謝途徑的交匯處，同時它在代謝中擁有同化途徑的大部分碳流。2009年，Peyraud等[31]通過13C代謝組學(xué)分析首次發(fā)現(xiàn)AM1含有EMC循環(huán)，EMC循環(huán)的碳流豐富，約占細(xì)胞總碳流的1/4，該循環(huán)含有多個分支，包括飽和/不飽和的化合物，手性的C4和C5-?；o酶A酯等，使得AM1具有生產(chǎn)特殊化合物的潛能，能夠合成相應(yīng)的二元羧酸，如乙基丙二酸、(2S)-甲基丁二酸、甲基延胡索酸和(2R/2S)-甲基丙二酸等[31]。表3為研究者們利用M.extorquensAM1絲氨酸循環(huán)和EMC循環(huán)表達(dá)外源產(chǎn)物的研究結(jié)果總結(jié)。

表3 利用M. extorquensAM1絲氨酸及EMC循環(huán)表達(dá)外源產(chǎn)物

最近幾年M.extorquensAM1的應(yīng)用研究主要集中在EMC途徑輔酶A衍生物的合成。EMC循環(huán)途徑是輔酶A代謝物的途徑，包含了從二碳到五碳的輔酶A物質(zhì)，這些輔酶A物質(zhì)是萜類化合物、生物燃料、生物塑料、生物醫(yī)藥等的前體物質(zhì)，具有非常大的開發(fā)價值。Sonntag等[22]研究發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌的?；o酶A硫酯酶YciA可切割Mesaconyl-CoA和(2S)-Methylsuccinyl-CoA的輔酶A，生成新的物質(zhì)中康酸酯和2-甲基琥珀酸[22]。隨著方法技術(shù)和操作工具的不斷完善，對M.extorquensAM1的改造手段也越來越豐富。Hu等研究者在M.extorquensAM1中構(gòu)建異源1-丁醇合成途徑，并利用基因過表達(dá)和基因敲除技術(shù)提高1-丁醇產(chǎn)量。Sonntag等[23]在M.extorquensAM1中構(gòu)建異源蛇麻烯合成途徑，利用基因過表達(dá)和核糖體結(jié)合位點(RBS)工程方法調(diào)節(jié)酶的表達(dá)生產(chǎn)蛇麻烯。筆者所在課題組的Zhu等[33]研究者在M.extorquensAM1中構(gòu)建異源甲羥戊酸上游合成途徑，利用基因過表達(dá)、基因篩選和RBS工程方法優(yōu)化酶的表達(dá)生產(chǎn)甲羥戊酸，并利用代謝組學(xué)方法找到途徑的限速步。由表3可知：目前嘗試?yán)肊MC循環(huán)表達(dá)外源產(chǎn)物還處于搖瓶水平，僅Schrader課題組達(dá)到了30 g/L的細(xì)胞密度，但Sonntag等[23]使用MP培養(yǎng)基中大量添加價格昂貴的哌嗪-1，4-二乙磺酸(PIPES)作為緩沖液，難以用于工業(yè)應(yīng)用。崔蘭玉等[34]通過培養(yǎng)基組分的優(yōu)化，得到了既能夠滿足M.extorquensAM1菌體穩(wěn)定生長,同時又降低了成本的MC培養(yǎng)基，為以后M.extorquensAM1能夠利用低成本的培養(yǎng)基進(jìn)行高附加值的產(chǎn)品的生產(chǎn)研究提供了更有利的方法。

2.3 氨基酸以及蛋白質(zhì)生產(chǎn)

AM1的絲氨酸循環(huán)，占細(xì)胞大部分碳流[30]，提供了從廉價甲醇來生產(chǎn)絲氨酸的可能性。Sirriote等[33]進(jìn)行了利用凍融的AM1細(xì)胞產(chǎn)絲氨酸的嘗試，凍融后的細(xì)胞膜呈多孔的結(jié)構(gòu)，有利于絲氨酸分泌到胞外，控制甲醇質(zhì)量濃度在104 mg/mL，使細(xì)胞處于靜息狀態(tài)，抑制絲氨酸消耗，絲氨酸終產(chǎn)量達(dá)到54.9 g/L[33]。重組(異源)蛋白包括醫(yī)藥蛋白和工業(yè)酶制劑，占據(jù)著數(shù)十億美元的市場份額，目前醫(yī)藥蛋白生產(chǎn)的主要宿主是大腸桿菌和畢赤酵母。許多研究者嘗試?yán)肁M1表達(dá)外源蛋白，見表4。

以AM1作為宿主進(jìn)行產(chǎn)4種蛋白的嘗試，也仍處于搖瓶培養(yǎng)階段。綠色熒光蛋白(GFP)產(chǎn)量最高，達(dá)到14 g/L，占細(xì)胞干質(zhì)量的16%。大腸桿菌和畢赤酵母表達(dá)異源蛋白的產(chǎn)量已經(jīng)超過5 g/L，超過細(xì)胞干質(zhì)量的50%[40]。雖然AM1蛋白表達(dá)量低，而且缺少蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄后的修飾機制，但相對于畢赤酵母，AM1具有更高的細(xì)胞得率，培養(yǎng)初期以甲醇作為唯一碳源，控制過程也相對簡單，將來調(diào)整AM1的蛋白分泌機制，提高蛋白產(chǎn)量，會是一個很有前景的研究方向。

表4 利用M.extorquens AM1表達(dá)外源蛋白

3 存在問題與挑戰(zhàn)

微生物細(xì)胞工廠在生產(chǎn)生物產(chǎn)品方面已經(jīng)成為了不可取代的重要平臺，已經(jīng)生產(chǎn)了多種有價值的高附加值產(chǎn)品。通過途徑工程的手段來改造微生物細(xì)胞的方法，使得微生物細(xì)胞工廠能生產(chǎn)出更多自身本不能合成的產(chǎn)品。M.extorquensAM1能以甲醇作為碳源進(jìn)行生長代謝，是甲醇基微生物細(xì)胞工廠的重要宿主菌。利用M.extorquensAM1為宿主菌來生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品是研究甲基菌的重要方向。扭脫甲基桿菌經(jīng)過多位研究者50多年的研究，它的生理生化特性被研究透徹。隨著生物技術(shù)的發(fā)展以及對該菌認(rèn)知的積累，M.extorquensAM1的基礎(chǔ)研究工作得到快速發(fā)展，尤其是組學(xué)方面的研究取得了一系列的突破進(jìn)展。這些組學(xué)研究讓我們對M.extorquensAM1有了深入的理解，為工程化改造菌株生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品提供了重要的指導(dǎo)?？偟膩碚f，早期M.extorquensAM1的應(yīng)用案例都是基于發(fā)酵調(diào)控策略或簡單的基因過表達(dá)，但在2014年之后，隨著組學(xué)研究的不斷深入和基因操作工具的不斷豐富，對M.extorquensAM1的改造涉及多層次的基因水平調(diào)控，產(chǎn)品種類開始多樣化，作為碳一微生物細(xì)胞工廠逐漸受到廣泛關(guān)注。

然而，甲醇作為底物仍然面臨兩個重要挑戰(zhàn)：一個是發(fā)酵過程中高耗氧、高產(chǎn)熱的問題。另一個是甲醇的細(xì)胞毒性，工業(yè)生產(chǎn)中需要嚴(yán)格控制甲醇濃度，不利于發(fā)酵過程的放大。關(guān)于第一個問題，是底物本身存在的缺陷，這一缺陷在高密度培養(yǎng)中會更加明顯，解決高耗氧過程中氧傳遞是這一過程的關(guān)鍵因素。關(guān)于第二個問題，目前僅有AM1耐受丁醇的報道[39]，且發(fā)現(xiàn)K+/質(zhì)子泵對丁醇的耐受性至關(guān)重要。關(guān)于AM1甲醇耐受性的研究非常少，其耐受甲醇機理尚不清楚，如何獲得高耐受甲醇的菌株對工業(yè)生產(chǎn)和解析甲基菌耐受甲醇的機理都非常重要。

目前，大多數(shù)微生物只能利用甲醇作為底物來生產(chǎn)少量的高附加值產(chǎn)品，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到以甲醇為底物大規(guī)模生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品的工業(yè)化規(guī)模的要求。到現(xiàn)在為止，只有英國帝國化學(xué)工業(yè)集團(ICI)以甲醇作為碳源，利用親甲醇嗜熱假單胞菌(Methylophilusmethylotrophus)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。在工業(yè)化規(guī)模高密度培養(yǎng)過程中，傳熱和傳氧會成為限制性因素。由于甲醇的還原態(tài)低于葡萄糖，單位氧氣的產(chǎn)物得率比葡萄糖低2～3倍，氧化1 g甲醇需要消耗更多的氧氣(0.85 g)。高耗氧也意味著高產(chǎn)熱，對設(shè)備的冷卻能力要求更高，運行成本也相對增加，特別是在高密度培養(yǎng)的工業(yè)化規(guī)模中，這種缺點會更加明顯。同時，由于基因操作工具的匱乏，導(dǎo)致甲基營養(yǎng)菌只能以生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白為主。

相對糖基底物與人爭糧的問題，甲醇作為工業(yè)產(chǎn)品，不受價格調(diào)控、不受進(jìn)口限制、來源廣泛等優(yōu)點，使得其作為一種有前景的可替代碳源成為可能。甲醇基生物合成是以甲醇作為碳源，利用甲醇營養(yǎng)型微生物代謝合成多種化合物的過程。而利用扭脫甲基桿菌AM1作為宿主菌來生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品是一種很有前景的生產(chǎn)方式。隨著對扭脫甲基桿菌AM1研究的深入，各種基因操作方法建立起來，AM1已經(jīng)成為研究甲基營養(yǎng)菌的模式菌株。希望隨著各種基因操作方法建立，更多的微生物能夠參與到以甲醇為底物的工業(yè)化生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品中來，促進(jìn)甲醇基生物工業(yè)的快速發(fā)展。

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(責(zé)任編輯 管珺)

Progressinbioprocessingofvalue-addedmethanolproduct

WANG Shanshan1,CUI Lanyu2,XUE Zhenglian1,ZHANG Chong2,XING Xinhui2

(1. College of Biologicol and Chemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China; 2. Key Laboratory of Industrial Biocatalysis of Ministry of Education,Institute of Biochemical Engineering, Department of Chemical Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China;3. Center for Synthetic & System Biology,Tsinghua University,Beijing 100084,China)

Methanol as an important feedstock for one-carbon industry,can be produced from methane,syngas and carbon dioxide.Because of good availability of raw materials,low risk of contamination during the fermentation process,and compatibility with synthetic media,bio-fermentation with methanol as carbon source can significantly reduce production cost and simplify product down-streamprocessing,henceMethylobacteriumextorquensAM1 has been widely applied in biochemical engineering.For example,fermentation with methanol as carbon source,M.extorquensAM1 has been demonstrated as a successful approach to achieve the industrialization of single-cell protein production.With the development of molecular biology methods,microbial cell factory with methanol as the feedstock is expected to expand its value-added product spectrum.In this article,we reviewed the recent advances in bioprocessing of methanol-based value-added product byM.extorquensAM1 to enlighten the methanol-based bioindustry.

methanol; biochemical industry; high value-added products;MethylobacteriumextorquensAM1

10.3969/j.issn.1672-3678.2017.06.004

2017-09-17

國家自然科學(xué)基金(21376137)

王山山(1991—)，男，安徽滁州人，研究方向：工業(yè)微生物育種；張 翀(聯(lián)系人)副教授，E-mail：chongzhang@mail.thu.edu.cn；薛正蓮(聯(lián)系人)教授，xuezhen0851@sina.com

Q93

A

1672-3678(2017)06-0026-08