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天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院利用生物反應器合成赤蘚糖醇

 更新時(shí)間:2024-06-28 點(diǎn)擊量:106

 赤蘚糖醇,作為一種低熱量甜味劑,近年來(lái)備受關(guān)注。它不僅甜度與蔗糖相當,而且熱量極低,不會(huì )影響血糖水平,成為健康食品的熱門(mén)選擇。然而,傳統的赤蘚糖醇生產(chǎn)方法成本較高,限制了其大規模應用。近日,天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院秦慧民教授團隊利用生物反應器,生物傳感器和 EVOL細胞系統構建了高通量篩選平臺,成功地對解脂耶氏酵母進(jìn)行工程化改造,實(shí)現了從粗甘油高效合成赤蘚糖醇。這項突破性進(jìn)展在《Bioresource Technology》雜志發(fā)表的研究論文,為赤蘚糖醇的工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)了新的希望。

赤蘚糖醇生產(chǎn)工藝

一、生物傳感器與高通量篩選平臺

該團隊構建了一種基于生物傳感器引導的適應性進(jìn)化篩選平臺,成功對解脂耶氏酵母進(jìn)行工程化改造,實(shí)現了從粗甘油高效合成赤蘚糖醇。該平臺的核心是利用赤蘚糖醇生物傳感器,動(dòng)態(tài)監測酵母細胞中的赤蘚糖醇水平,并通過(guò)熒光強度進(jìn)行可視化,從而實(shí)現對赤蘚糖醇高產(chǎn)菌株的高通量篩選。

二、關(guān)鍵酶的分子改造

為了進(jìn)一步提高赤蘚糖醇的生產(chǎn)效率,研究人員對赤蘚糖醇合成途徑中的關(guān)鍵酶——赤蘚糖醇還原酶(ER)進(jìn)行了分子改造。他們開(kāi)發(fā)了一種基于酶促轉化赤蘚糖至赤蘚糖醇的快速檢測方法,用于篩選具有改善催化活性的突變體。通過(guò)多輪組合突變,獲得了催化活性提高4.1倍的突變株,提高了赤蘚糖醇的合成效率。

三、代謝網(wǎng)絡(luò )重構

  除了酶的改造,研究人員還通過(guò)基因編輯技術(shù),重構了酵母細胞的代謝網(wǎng)絡(luò ),將碳通量重新定向至赤蘚糖醇合成途徑。他們敲除了解脂耶氏酵母中參與赤蘚糖醇分解的基因,過(guò)表達了參與粗甘油同化效率和戊糖磷酸途徑的基因,從而獲得了赤蘚糖醇產(chǎn)量提高的工程菌株。

赤蘚糖生產(chǎn)

四、生物反應器中的高效生產(chǎn)

  在5升生物反應器中,經(jīng)過(guò)綜合工程改造的菌株G31表現出優(yōu)異的生產(chǎn)性能。其赤蘚糖醇滴度達到了220.5 g/L,生產(chǎn)率達到1.8 g/L/h,產(chǎn)率達到0.6 g/g粗甘油,比未改造菌株高出7.6倍和7.5倍。這表明,該研究成果為赤蘚糖醇的工業(yè)化生產(chǎn)提供了可行的技術(shù)方案。

赤蘚糖規模生產(chǎn)

五、赤蘚糖醇的高效生產(chǎn)的研究意義

  天津科技大學(xué)秦慧民教授團隊的研究成果,為赤蘚糖醇的高效生產(chǎn)提供了新的思路和方法,它有著(zhù)重要的理論意義和應用價(jià)值:

1.推動(dòng)生物基產(chǎn)業(yè)發(fā)展: 該研究為生物基產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了新的思路和方法,有助于推動(dòng)生物基產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,實(shí)現資源的可持續利用。

2.解決環(huán)境問(wèn)題: 利用粗甘油生產(chǎn)赤蘚糖醇,可以有效解決甘油生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物處理問(wèn)題,減少環(huán)境污染。

3.促進(jìn)合成生物學(xué)發(fā)展: 該研究展示了合成生物學(xué)在解決實(shí)際工業(yè)問(wèn)題中的重要作用,為合成生物學(xué)的發(fā)展提供了新的方向。

    研究人員表示將進(jìn)一步完善菌株性能,擴大應用范圍,并推動(dòng)赤蘚糖醇的工業(yè)化生產(chǎn)。相信隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展,赤蘚糖醇將會(huì )在更多領(lǐng)域得到應用,為人類(lèi)的健康和生活帶來(lái)更多福祉。

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