嗜熱厭氧菌碳源代謝的代謝與調控網絡
戊糖己糖共利用是影響纖維素乙醇等第二代生物燃料成本的關鍵因素之一。10月13日，PLoS Genetics在線發表了中國科學院青島生物能源與過程研究所功能基因組團隊通過戊糖己糖共利用高溫發酵乙醇的最新研究成果——通過嗜熱厭氧菌功能基因組學揭示了戊糖、己糖共利用機制，并提出了高溫乙醇發酵的新策略。
木質纖維素中除葡萄糖等己糖（六碳糖）外，還有大量的木糖等戊糖（五碳糖），目前大多數工業微生物只能或偏好于利用葡萄糖等己糖。青島生物能源與過程所徐健團隊與美國俄克拉荷馬大學周集中團隊合作，基于功能基因組與系統生物學手段重構了第一個嗜熱厭氧菌碳源代謝的代謝與調控網絡（如圖）。該全基因組網絡揭示了葡萄糖、木糖、果糖和纖維二糖的分解代謝基因分別位于不同的功能單元內，并且己糖和戊糖的轉運系統都同受bglG調控，從而解釋了Thermoanaerobacter等嗜熱厭氧菌共利用己糖和戊糖的機制。
研究還發現了葡萄糖與木糖功能單元之間相互配合與促進的特性：前者通過促進后者的轉運和分解代謝來加速后者的利用，而后者通過維持輔酶和離子的代謝來延遲細胞裂解。基于該特性，博士生林璐、副研究員宋厚輝等發現并證實，通過調控戊糖和己糖的加入比例和時間能顯著提高乙醇產量，從而提出了一種高溫乙醇發酵的新策略。
Thermoanaerobacter和Clostridia 等嗜熱厭氧細菌因其高溫厭氧、廣譜性碳源及戊糖己糖共利用等特色，在纖維素生物燃料煉制中具重要應用前景。該研究是一個通過系統生物學思路與手段來直接指導與改進發酵工程的生動例證，為改造此類細菌的代謝與調控網絡奠定了基礎，并為釀酒酵母、大腸桿菌、熱纖梭菌等通常不能共利用戊糖己糖的工業微生物的發酵與基因工程提供了新的策略和目標，也為設計與構建能夠在高于55攝氏度高溫等極端環境下運作的基因回路與功能模塊提供了豐富的藍圖與思路。
該研究得到了中科院、科技部、國家自然科學基金委的支持。
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