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 脂肪酸及其衍生物研究中取得系列进展

脂肪酸及其衍生物在能源、化工、材料等工业领域具有广泛的应用前景。近日，中科院青岛生物能源与过程研究所生物基化学品团队咸漠研究员等对生物法制备脂肪酸及其衍生物(脂肪醇、羟基脂肪酸等)作了系列研究，相关成果已发表在Microbial Cell Factories、Bioresource Technology、Applied Microbiology and Biotechnology等期刊上。

　　研究人员针对微生物制备脂肪酸的产率不高、质量不优等关键问题，通过代谢工程技术手段开展了脂肪酸优质化定向调控关键技术研究。首先在提高脂肪酸的合成能力方面，通过对大肠杆菌脂肪酸合成途径中关键酶基因("tesA， ACCase，ME)的过量表达，脂肪酸合成能力得到增强，同时过量表达大肠杆菌内膜翻转酶基因(msbA)，提高了大肠杆菌细胞膜的通透性，致使游离脂肪酸得以分泌到胞外;在脂肪酸的组成及含量调控方面，通过过量表达大肠杆菌自身不饱和脂肪酸合成基因fabA和fabB及来自拟南芥的去饱和酶 ssi2/fab2，不饱和脂肪酸含量从49.8%提高到69.7%，不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例由1:1提高到2.3:1。相关成果已发表SCI文章2篇(Appl. Microbiol. Biotechnol, 2010, 87:271-280, Protein Expression and Purification, 2010, 69:209C214)，申请专利2项(CN101899468A;201010273824.8)。

　　为了进一步提高胞外脂肪酸含量，根据以上研究获得的信息，通过对发酵条件的优化，包括在培养基中添加有机氮源、选用二次变温发酵工艺、结合在线萃取工艺等技术，显著提高了脂肪酸的产率和产物浓度。结果表明：在5升发酵体系中，总脂产量可达10.6 g/L，总产率为6.1%，发酵液中胞外脂肪酸产量达5.1g/L，胞内外脂肪酸比例降低于0.7，远高于已有报道比例。相关研究成果发表SCI论文1篇(Microbial Cell Factories 2012, 11:41)。

　　羟基脂肪酸是一种重要的化工原料，广泛应用于化学、生物、食品及绿色聚合物材料等行业。在脂肪酸的前期研究基础之上，该团队进行了生物法制备羟基脂肪酸的研究。通过对多个外源基因的组合表达分析，筛选出一株以葡萄糖为底物的羟基脂肪酸生产菌株，该菌株在摇瓶发酵条件下，羟基脂肪酸的产量达到 123.6mg/L。此外，还构建了以外源脂肪酸为底物进行转化反应的工程菌株，该菌株在以2.5mM月桂酸为底物时，月桂酸的转化率为96.2%，羟基月桂酸产量为529.0mg/L。相关成果发表在(Bioresource Technology, 2012, 114: 561-566)。该研究为今后利用生物法制备羟基脂肪酸提供了坚实的理论基础。

　　脂肪醇是合成表面活性剂、洗涤剂、增塑剂及其他多种精细化学用品的基础化工原料，广泛应用于纺织、日化、造纸、食品、医药、皮革等领域。课题组利用代谢工程技术对生物法制备脂肪醇的进行了相关研究，结果证明：通过优化关键酶基因表达模式，可以选择性定向合成C12/14中碳脂肪醇和C16/18脂肪醇。研究结果发现：工程菌株Zh072可以通过发酵获得449.2 mg/L C12/14脂肪醇，其含量占总脂肪醇(598.6 mg/L)的75%;而工程Zh054通过发酵可获得101.5mg/L C16/18脂肪醇，其含量占总脂肪醇的89.2%。相关成果发表SCI论文1篇(Microbial Cell Factories 2012, 11: 65)，授权专利1项(专利号：ZL 200910090469.8)。

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