第三代生物炼制技术旨在利用一碳分子和可再生能源，实现燃料与化学品的“负碳”生产，以应对日益严峻的气候变化和粮食短缺问题。由合成气发酵制得的乙酸，作为一种可行的非粮碳源，近来在大宗化学品的生物合成中地位日益凸显。

3-羟基丙酸（3-HP）是一种可再生的大宗化学品，可通过氧化还原反应衍生出丙烯腈、1,3-丙二醇、丙烯酰胺、丙二酸和丙烯酸等多种高值产品。据预测，其市场规模将突破360万吨/年，产值超过100亿美元/年。

【SynBioCon】获悉，华东理工大学生物工程学院上海生物制造技术协同创新中心生物反应器工程国家重点实验室的吴辉老师团队通过丙二酰-CoA 途径，在大肠杆菌中成功构建了以乙酸为原料合成3-羟基丙酸（3-HP）的工程菌株。最终，工程菌株 ZWR18(MDA)的3-HP产量达到5.53 g/L，得率为0.732 g/g，占理论得率的97.60%。在全细胞催化条件下，该菌株可产23.89 g/L 3-HP，得率为0.734 g/g，达到理论得率的97.87%。以合成气来源的乙酸为底物进行全细胞催化时，ZWR18(MDA) 仍可获得18.87 g/L 3-HP，得率为0.58 g/g。

该工作发表在《ACS Synthetic Biology》，原标题为《High-Yield Biosynthesis of 3‑Hydroxypropionic Acid from Acetate in Metabolically Engineered Escherichia coli》。

图1 图示乙酸生成3-羟基丙酸的代谢通路。过表达酶的通路用粉红色箭头标出。mcr：来自金黄绿微菌，编码丙二酰辅酶A还原酶；dtsR1和accBC：分别来自谷氨酸棒状杆菌，编码乙酰辅酶A羧化酶（acc）的两个亚基。

本研究构建了能以乙酸为原料、经丙二酰-CoA途径高效合成3-HP的大肠杆菌工程菌（图 1）。我们系统筛选了组成型、生长依赖型及静止期型等不同启动子，用于调控由mcr(C.a)、dtsR(C.g)和accBC(C.g)组成的基因簇（该簇编码将乙酰-CoA转化为3-HP的关键酶）。如图 1所示，脂肪酸（FAs）合成途径与3-HP合成途径共用丙二酰-CoA，存在竞争关系。转录因子FadR在脂肪酸代谢中起核心作用，可激活位于fabH 基因上游的启动子，进而促进脂肪酸合成相关基因的转录。头孢菌素来源的抗真菌抗生素浅蓝菌素能不可逆地抑制脂肪酸合成关键酶β-酮酰-ACP合酶。因此，在敲除fadR的基础上，外加浅蓝菌素可进一步将丙二酰-CoA的碳流量导向3-HP。此外，我们还通过辅因子工程强化了NADPH和乙酰-CoA的供应。最终，整合上述策略，利用合成气来源的乙酸，通过全细胞催化实现了3-HP的负碳生产。

DOI：10.1021/acssynbio.5c00030

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