微生物过量合成3-羟基丁酮的辅酶工程及调控机理

3-羟基丁酮是一种应用广泛的化工原料，目前主要以不可再生的化石资源为原料，利用化学法合成；随着发展低碳经济的时代需求日益深入人心，利用生物质可再生资源经微生物转化合成3-羟基丁酮引起了人们的广泛关注。本课题拟利用辅酶工程技术设法改变产酸克雷伯氏菌胞内的辅酶存在形式及浓度，有效的调控胞内NADH/NAD+比值，使其选择性的积累3-羟基丁酮而非其原先偏爱选择积累的2,3-丁二醇。从基因水平到蛋白质水平深入研究辅酶的生理功能及其对代谢流调控的机理，明晰3-羟基丁酮过量合成过程中微生物胞内的相互制约因素，探讨定向改变和优化微生物功能的途径。期望在透彻理解微生物过量合成3-羟基丁酮生理代谢功能的基础上，探明通过改变微生物自适应性实现3-羟基丁酮高效积累的调控机理，发展一种新颖、高效的通过辅酶工程调控微生物代谢途径，实现细胞代谢流最大化的方法，为微生物代谢功能的优化提供新的技术手段。

3-羟基丁酮是一种应用广泛的化工原料，目前主要以不可再生的化石资源为原料，利用化学法合成；随着发展低碳经济的时代需求日益深入人心，利用生物质可再生资源经微生物转化合成3-羟基丁酮引起了人们的广泛关注。本课题拟利用辅酶工程技术设法改变克雷伯氏菌胞内的辅酶存在形式及浓度，有效的调控胞内NADH/NAD+比值，使其选择性的积累3-羟基丁酮而非其原先偏爱选择积累的2,3-丁二醇。在项目执行期间，成功的利用了辅酶工程的手段优化了克雷伯氏菌合成3-羟基丁酮的性能，包括NAD+辅酶再生系统的构建，以及基于烟酸转磷酸核糖激酶基因的辅酶NAD+合成能力强化，基于上述两种辅酶工程手段，有效的调节了微生物胞内NADH/NAD+的比值，营造了3-羟基丁酮选择性积累的氧化性氛围，并基于代谢途径的分析研究了这两种辅酶工程手段的调控机理。项目执行期间，在Biotechnology for Biofuels (IF=5.6), Biotechnology Advances (IF=9.6)等期刊共发表SCI收录论文12篇，申请中国发明专利2项，应邀为2本外文书籍撰写章节，培养博士生1名，硕士生5名。鉴于该项目的顺利进展，项目负责人以该项目的后续研究思路申请的课题获得了2013年度国家自然科学基金青年-面上项目连续资助。