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异质微生物群降解木质纤维素产生短链脂肪酸

        目前2-6个碳原子的短链脂肪酸(SCFAs)是由化石资源产生,被认为是潜在的生物衍生平台分子。木质纤维素是一种丰富且可再生碳源,可作为原料生产多种化学品。然而,由于木质纤维素碳水化合物组成的不均一性以及许多短链脂肪酸生产菌有限的代谢灵活性,导致产品产量低及副产品形成。微生物菌群由于其固有优势,如通过分工分配代谢负荷,更有效转换复杂底物的能力及其模块性,是一种有前途的替代单一培养进行复杂生物转化的方法。然而,要实现不同菌群及其性能稳定且菌群比例可重现具有挑战性,尤其是对缺少互惠互利的微生物菌群而言。此外,寻找发酵适配条件不仅限制了菌群成员的选择,也阻碍了人工菌群释放全部潜力。
       在近期一篇发表于《Science》的论文中,伯尔尼应用科技大学(BFH)、剑桥大学(CU)和洛桑理工学院(EPFL)的研究人员设计了一种微生物联合培养策略,用于将木质纤维素直接转化为短链脂肪酸。木质纤维素混合物先被乳酸平台转化为中间物乳酸,之后被生产菌进一步合成SCFA。乳酸平台由好氧真菌Trichoderma reesei,其分泌纤维素分解酶,提供可溶性糖;兼性厌氧乳酸菌;以及终产品形成的专性厌氧乳酸发酵菌组成。使用Clostridium tyrobutyricum作为乳酸发酵菌,以纤维素与木糖混合物为底物,每克碳水化合物可获得0.35克丁酸,略高于可溶底物或添加商业纤维素分解酶所得产量。以山毛榉木为底物,每吨原料可生产196公斤丁酸。改用Veillonella criceti,一种不能利用碳水化合物的专性厌氧菌,可利用木质纤维素生产丙酸和乙酸混合物。将Megasphaera elsdenii 整合到乳酸平台,可以产生比C2-C4 SCFAs更有价值的戊酸和己酸。同时使用Veillonella cricetiMegasphaera elsdenii作为乳酸发酵菌,使用预处理的山毛榉木为底物,菌群可产生2.6g/L乙酸、0.8g/L丙酸、6.7g/L丁酸、3.5g/L戊酸和2.1g/L己酸,并且戊酸浓度比没有Veillonella criceti 的三成员菌群高出近3倍。为了展示该平台的广泛适用性,通过乳酸平台生产了其他几种化学物质,包括醇类(乙醇,丙醇,丁醇,1,2-丙二醇),聚羟基丁酸酯和脂质。
       这项工作展示了混合微生物培养在木质纤维素生物质加工中的优势:模块性和将复杂底物转化为有价值平台化学品的能力。(来源:QYIM & AMSC MJ GAN 编报)

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