近日，山东大学微生物技术国家重点实验室祁庆生团队在nature communications在线发表了题为“reconfiguration of the reductive tca cycle enables high-level succinic acid production byyarrowia lipolytica”的研究论文。山东大学微生物技术国家重点实验室副研究员崔志勇为第一作者，山东大学祁庆生教授、侯进教授为论文通讯作者，山东大学为第一完成单位和通讯作者单位。
丁二酸（succinic acid, sa）是一种很有前景的平台化学品，可用于生产1,4-丁二醇、γ-丁内酯、四氢呋喃，以及生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯pbs。由于其广泛的应用场景，丁二酸的市场规模预计以8.2%的年复合增长率增长，到2026年将超过2亿美元。目前，丁二酸的生产主要采用以马来酸酐为原料的石化路线。随着人们对气候变化的日益关注，开发绿色、高效、可持续的利用可再生生物质生产丁二酸的技术具有重要意义。丁二酸生物发酵技术通常发酵过程需加碱中和，纯化时再加酸置换，导致生产成本较高。因此，开发无需酸碱中和丁二酸生物合成技术对于降低成本、提高经济可行性至关重要。
本研究利用耐酸性好的解脂耶氏酵母，构建了丁二酸生产菌株。当异源还原tca途径引入琥珀酸脱氢酶缺陷型酵母细胞质时，细胞出现了生长停滞。通过适应性实验室进化能够恢复细胞生长，但是有限的nadh供应仍然不利于丁二酸合成。因此，研究人员在线粒体中重构还原丁二酸生物合成途径，通过耦合氧化和还原tca循环，提高nadh供应，显著提高了丁二酸的产量（图1）。在50升生物反应器的中试中，构建的工程菌株在62 h内发酵产酸量为111.9 g/l，底物转化率为0.79 g/g葡萄糖，产量、转化率和生产强度达到低ph生物合成文献报道的最高水平。本研究首次在严格好氧酵母中创建功能性还原tca途径，为生物基丁二酸的工业化生产奠定了坚实基础。
图1 代谢重编程严格需氧酵母解脂耶氏酵母实现丁二酸的高效合成
该论文由山东大学、汕头大学、瑞典查尔姆斯理工大学等单位的相关学者合作完成。该研究得到了国家重点研发计划（2021yfc2100500），国家自然科学基金（22208192），山东省重大科技创新项目（2022cxgc020712-4），山东省自然科学基金（zr2022zd24）的资助。山东大学生命环境研究公共技术平台，苏州苏震生物工程有限公司为本工作的顺利开展提供了重要支持。
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