2024年10月17日-19日，2024全国绿碳科学会议在青岛召开。西南大学邹祥教授应邀出席，并作题为“重要有机酸的绿色低碳生物合成制造”的邀请报告。
重要有机酸的绿色低碳生物合成制造
背景介绍
相较于传统的化学合成路径，基于可再生资源的生物制造可以显著降低对环境的影响，减少碳排放。有机酸作为重要的化工原料和能源载体，其绿色低碳生物制造技术的开发备受关注，但也存在诸多难点。例如，现有有机酸分离方法大多依赖目标酸与杂酸的溶解性差异，而忽略了它们在分子间相互作用和微观性质上的差别，导致较低的分离效率和大量的资源浪费，这限制了有机酸绿色生物制造的发展。为此，西南大学邹祥教授及其团队发展了一系列创新的生物制造技术，在苹果酸、丁二酸、富马酸、长链二元酸等有机酸领域取得重要进展，开发了通过聚苹果酸的酸水解高产高纯度L-苹果酸的创新工艺，克服了传统有机酸发酵工艺中分离技术的不足，进一步结合代谢工程改造，大幅度提高了目标产物的纯度与收率，并成功实现了先进技术的落地应用，推动了从实验室到产业化的转化进程。在本次报告中，邹祥教授详细介绍了相关研究进展。
邹祥教授应邀在2024全国绿碳科学会议“绿色生物制造专场”作邀请报告
报告内容介绍
1 特色出芽短梗霉资源挖掘与系统改造
出芽短梗霉具有广谱底物利用、细胞形态可控、菌株抗逆性强等潜在的工业生产性状，可以生产聚苹果酸、富马酸、普鲁兰糖等重要产物，因此是潜在的非模式工业生产细胞工厂。邹祥教授研究团队开展了以出芽短梗霉为底盘的有机酸生物合成研究。由于目前对出芽短梗霉的代谢途径、适配机制等认知仍不足，且遗传操作体系尚不完善，研究团队首先针对菌株资源收集、改造工具开发以及信号通路方面开展研究。
在菌株资源收集方面：在工业化生产中，微生物的耐热性直接影响发酵效率和菌株稳定性。研究团队从多种生态环境中筛选出耐热型出芽短梗霉菌株，并对其耐热基因功能元件进行了深入挖掘，获得的耐热菌株可在37 ℃的高温条件下稳定发酵。
在遗传转化平台方面：研究团队构建了农杆菌介导基因组整合系统、Cre/LoxP结合抗性基因敲除系统、基因质粒高效表达系统、CRISPR-Cas9基因组编辑系统，相关系统赠予日本名古屋大学、中国科学院天津工业生物技术研究所、苏州大学等课题组使用。
在信号调控优化方面：邹祥教授团队深入分析了出芽短梗霉中多条关键信号通路的作用及其对目标产物合成的调控效果，对钙离子信号通路、氮限制转录因子调控机制、TOR信号通路与氨限制调控、碳代谢转录因子Cat8调控响应机制等开展了系统研究。通过对这些通路的联合调控，团队显著提升了菌株对不同环境条件的适应性和代谢效率。
钙调信号抗逆元件挖掘
2 建立了聚苹果酸酸水解生产L-苹果酸的新工艺路线
聚苹果酸是一种由L-苹果酸单体聚合形成的聚羟基酸，主要由出芽短梗霉合成，具有高度的生物相容性、生物降解性和生物可吸收性，分子量较小，水溶性良好。邹祥教授团队利用聚苹果酸钙的水溶性特征，创新性地通过上下游集成，建立了利用出芽短梗霉工程菌合成聚苹果酸酸进而水解生产L-苹果酸的新工艺路线。该工艺采用聚合态发酵，可以降低产物的酸性抑制，减少了70%的碳酸钙用量，采用聚合态水解，可以显著降低分离成本，提高产物纯度。相关技术已实现企业转化。
聚苹果酸酸水解L-苹果酸生产新工艺路线
3 改造非模式产酸菌出芽短梗霉高产聚苹果酸
为提高聚苹果酸产量，降低副产物，研究团队删除了出芽短梗霉中与副产物（如普鲁兰多糖和黑色素）合成相关的基因，并引入转氢酶转化系统，优化了细胞的能量代谢。进一步结合系统性发酵与纯化工艺的开发，使聚苹果酸的滴度提高至194.3 g/L，苹果酸提取纯度达到99.7%，且不含有丁二酸等杂质，满足工业生产需求。
高产聚苹果酸菌株及其纯化工艺开发
4 非发酵性碳源驱动的聚苹果酸碳经济合成
邹祥教授团队探索以高还原性底物乙醇、甘油为底物的聚苹果酸好氧发酵碳减排合成路线，通过基于乙醇诱导的转录组学挖掘、以乙醇为底物的模块化设计与精细调控，以及乙醇适应性进化与静息细胞发酵工艺的开发，使聚苹果酸产量达到66.7 g/L，得率为0.89 g/g，该得率相比其他底物提升30%以上。
专家介绍
邹祥 教授
邹祥教授，西南大学药学院教授、博士生导师、重庆市巴渝学者特聘教授，重庆市生物制造产业技术带头人，湖南新合新合成生物产业科学家。邹教授专注于生物制药工程、微生物代谢与合成生物学等领域的研究工作。研究方向涵盖多个领域，在生物基材料水溶性PHA、PBS、岩藻多糖、长链二元酸等开展绿色低碳系统工程路线设计和合成生物学改造，发展农业可再生资源的有机酸碳经济合成转化路线，实现苹果酸、丁二酸、岩藻糖等产品完成中试或产业化，主持和承担了近20项国家级及省部级科研项目，包括国家自然科学基金、国家863计划、国家农业成果转化重点项目等，亦承担了总额达千万级的企业横向转化项目。研究成果屡获殊荣，如重庆市技术发明奖、上海市科技进步奖、浙江省自然科学奖和温州市科技进步奖等。近年来，在Chem Eng J、Green Chem、Crit Rev Biotechnol、J Control Release、Biotechnol Bioeng等跨学科期刊上发表了100余篇学术论文，其中SCI单篇最高被引超过160次。已申请国家发明专利50余项，获得授权27项，累计有近10项技术成果和新产品实现了产业化应用。
原文链接
邹祥教授与Green Carbon | 重要有机酸的绿色低碳生物合成制造
Green Carbon
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