微生物木糖代謝途徑改造制備生物基化學品

劉維喜，付晶，章博，陳濤

天津大學化工學院 系統(tǒng)生物工程教育部重點實驗室，天津 300072

隨著20世紀兩次石油危機的發(fā)生以及當前越來越嚴重的環(huán)境污染問題，資源和能源供給以及環(huán)境保護成為人類在21世紀生存發(fā)展過程中所面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)，也是未來制約我國社會經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。為了人類的生存和持久的發(fā)展，開發(fā)安全、環(huán)保、可持續(xù)利用的替代資源已經(jīng)成為世界各國面臨的緊迫任務[1]。

在木質(zhì)纖維素原料中，木糖的含量為18%～30%，是自然界中第二大的糖類物質(zhì)[2]。研究顯示，木糖的充分利用和轉(zhuǎn)化約占木質(zhì)纖維資源生物煉制體系總生產(chǎn)成本的25%，因此木糖的高效率生物轉(zhuǎn)化研究成為木質(zhì)纖維素原料開發(fā)利用的基礎(chǔ)，也是影響其工業(yè)化利用前景的關(guān)鍵因素之一[2-4]。

當前，合成生物學技術(shù)日新月異的快速發(fā)展，極大地豐富了微生物的改造方法和技術(shù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代生物科學領(lǐng)域最富生機的學科之一。本文重點關(guān)注了近幾年間國內(nèi)外研究人員對不同微生物木糖代謝途徑的認識，以及合成生物技術(shù)在微生物改造方面的應用，包括木糖運輸過程改造和代謝途徑重組所取得的最新研究成果，重點分析了微生物代謝木糖生產(chǎn)清潔燃料乙醇、大宗化學品乳酸和高附加值產(chǎn)品木糖醇等方面的研究進展，并展望合成生物學技術(shù)在改造木糖代謝菌株生產(chǎn)重要生物基化學品方面的應用前景。

1 木糖生物轉(zhuǎn)化途徑

構(gòu)建木糖高效代謝工程菌的一個關(guān)鍵問題就是要了解微生物代謝利用木糖的途徑，進而為構(gòu)建高效的木糖代謝工程菌株提供理論指導。

當前，從自然界分離的可以天然代謝利用木糖的微生物主要包括細菌、酵母菌和絲狀真菌。為了充分利用生存環(huán)境中的木糖來滿足生長的需求，這些微生物經(jīng)過長期的進化產(chǎn)生了截然不同的木糖利用途徑。如圖1所示，在自然界可以天然代謝木糖的酵母及某些真菌內(nèi)，存在著一條由幾種不同的酶促反應組成的代謝途徑：進入細胞內(nèi)的木糖首先在依賴NADPH的木糖還原酶(Xylose reductase，XR)的作用下轉(zhuǎn)化為木糖醇，隨后通過NAD+依賴型木糖醇脫氫酶 (Xylitol dehydrogenase，XDH)形成木酮糖，最后再經(jīng)過木酮糖激酶 (Xylulokinase)催化形成木酮糖-5-磷酸，由此進入戊糖磷酸途徑[3,5]。然而，在一些常見的細菌如大腸桿菌中，木糖可以直接經(jīng)過木糖異構(gòu)酶 (Xylose isomerase，XI)作用形成木酮糖而不需要輔酶參與，并隨后經(jīng)過木酮糖激酶的催化作用形成木酮糖-5-磷酸進入戊糖磷酸途徑。除了這兩種典型的木糖代謝途徑以外，在丙酮丁醇梭菌Clostridium acetobutylicum[6]、乳酸乳球菌Lactococcus lactis[7]中還存在磷酸轉(zhuǎn)酮酶途徑 (Phosphoketolase pathway，PK)。在該代謝途徑中，木酮糖-5-磷酸被催化裂解形成乙酰磷酸和甘油醛-3-磷酸而進入糖酵解途徑。最近，研究人員在新月柄桿菌Caulobacter crescentus中鑒定了一條木糖代謝產(chǎn)生α-酮戊二酸 (α-ketoglutarate)的代謝途徑[8]。木糖進入細胞后經(jīng)過木糖脫氫酶(Xylose dehydrogenase)、木糖酸內(nèi)酯酶(Xylonolactonase)以及木糖酸脫水酶 (Xylonate dehydratase)催化生成 2-酮-3-脫氧-木糖酸(2-keto-3-deoxy-xylonate)，然后再依次經(jīng)過脫水及脫氫反應生成α-酮戊二酸進入三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic acid cycle，TCA)。

圖1 不同微生物的木糖代謝途徑Fig.1 Metabolic pathways of xylose in various microorganisms.

2 木糖代謝工程菌的構(gòu)建

目前，木糖代謝工程菌的構(gòu)建工作已在多種微生物中進行 (表1)，包括釀酒酵母Saccharomyces cerevisiae[9-10]、運動發(fā)酵單胞菌Zymomonas mobilis[11-12]、大腸桿菌Escherichia coli[13-14]等。合成生物學技術(shù)強調(diào)對已知代謝途徑的重組和再設(shè)計以及生物功能模塊的組裝，因此運用基因重組技術(shù)獲得高效的木糖代謝途徑成為研究人員關(guān)注的重點。

2.1 木糖代謝途徑的重組

“后基因組時代”的到來使人們獲得了大量的基因、蛋白及代謝物數(shù)據(jù)信息，研究人員利用生物信息學技術(shù)在細菌中鑒定一些與木糖代謝相關(guān)的基因，酶活力得到了測定和分析。因此，通過分析木糖代謝途徑中所缺乏的酶促反應，在宿主細胞中引入異源的酶從而構(gòu)建一條完整的木糖代謝途徑成為可能。

運動發(fā)酵單胞菌通過Entner-Doudoroff途徑將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇，是一種乙醇生產(chǎn)能力非常突出的微生物。由于Z.mobilis缺乏代謝利用五碳糖的能力，限制了其在纖維素生物質(zhì)領(lǐng)域進一步的開發(fā)利用。研究發(fā)現(xiàn)，Z.mobilis缺乏戊糖磷酸途徑中的4個關(guān)鍵酶——木糖異構(gòu)酶 (Xylose isomerase)、木酮糖激酶 (Xylulokinase)、轉(zhuǎn)醛醇酶 (Transaldolase)和轉(zhuǎn)酮醇酶 (Transketolase)，Zhang等[11]通過引入來自大腸桿菌的基因xylAB、talB、tktA并將其構(gòu)建成合成生物學中最簡單最原始的生物裝置——操縱子結(jié)構(gòu)Pgap-xylA-xylB和Peno-tal-tktA，在Z.mobilis中成功組建了一條木糖代謝途徑。發(fā)酵條件下，工程菌株CP4(pZB5)能夠在50 h內(nèi)完全利用25 g/L木糖，為后續(xù)Z.mobilis木糖代謝的相關(guān)研究提供了借鑒[15]。同樣，2012年，Xiong等[16]通過在紅球菌Rhodococcus jostiiRHA1中異源表達變鉛青鏈霉菌Streptomyces lividansTK23的xylAB基因從而構(gòu)建了一條木糖代謝途徑。

與此同時，生物信息學的不斷發(fā)展為科研人員提供了更加便捷的研究手段。2006年，Kawaguchi等[4]運用生物信息學技術(shù)分析了谷氨酸棒桿菌Corynebacterium glutamicumR菌株的基因序列，通過基因序列對比發(fā)現(xiàn)了一個編碼木酮糖激酶的基因xylB，然后通過引入來自大腸桿菌編碼木糖異構(gòu)酶的基因xylA實現(xiàn)了谷氨酸棒桿菌木糖的代謝利用，拓寬了其底物利用范圍。隨后，Sasaki等[17]通過在C.glutamicumR菌株基因組中非必需基因位點整合多個拷貝的xylAB基因以提高異源木糖異構(gòu)酶和木酮糖激酶的表達水平，發(fā)現(xiàn)菌體的生長和木糖消耗速率也得到改善。由此可見，針對不能夠天然代謝木糖的微生物，通過異源表達木糖代謝所需的酶從而對宿主細胞的代謝途徑進行定向改造，對實現(xiàn)微生物的木糖利用是至關(guān)重要的。

2.2 木糖代謝輔酶工程

在酵母菌及真菌的木糖代謝網(wǎng)絡(luò)中，木糖到木酮糖的生物轉(zhuǎn)化是由木糖還原酶和木糖醇脫氫酶所組成的酶促反應來實現(xiàn)的，由于兩者之間輔酶的不同，導致菌體氧化還原失衡，嚴重阻礙了木糖的代謝利用[9]。隨著蛋白質(zhì)工程和生物信息學技術(shù)的快速發(fā)展，利用定點突變等方法與計算機輔助模擬相結(jié)合以改造酶蛋白的輔酶專一性而減弱氧化還原不平衡引起眾多的關(guān)注。

Watanabe等[27]通過對木糖醇脫氫酶進行點突變，引入能夠增加熱穩(wěn)定性的鋅指結(jié)構(gòu)，使其由NAD+依賴型變成傾向于NADP+依賴型，并在S.cerevisiae中表達突變的木糖醇脫氫酶，工程菌Y-ARSdR木糖發(fā)酵副產(chǎn)物木糖醇減少了86%，而目標產(chǎn)物乙醇的產(chǎn)量提高了41%[28]。2011年，Khattab等[29]對木糖還原酶進行定點基因改造，改造后的木糖還原酶對NADPH的專一性提高了27%，而對NADH的活性可以忽略不計。2012年，Lee等[30]通過在S.cerevisiaeD452-2中引入木糖醇脫氫酶和依賴NADH的木糖還原酶，工程菌SX2MUT消耗22.9 g/L的木糖僅產(chǎn)生了0.24 g/L的木糖醇，而表達木糖醇脫氫酶和依賴NADPH的木糖還原酶的對照菌株SX2WT消耗32.1 g/L的木糖卻產(chǎn)生了10.6 g/L的木糖醇，數(shù)據(jù)顯示經(jīng)過輔酶改造后的工程菌顯著減少了發(fā)酵副產(chǎn)物的累積。從這些工作中可以看出，蛋白質(zhì)工程在改造酶的專一性、降低副產(chǎn)物的積累等方面具有光明前景，有助于提高木糖的利用效率、改善菌體生長。

表1 微生物木糖代謝工程菌的研究Table 1 Summary of the studies on engineering microorganism for xylose metabolism.

2.3 木糖代謝途徑的模塊化組裝

合成生物學技術(shù)關(guān)注于根據(jù)人類的意愿從頭設(shè)計新的生物體以及對現(xiàn)有生物進行重新設(shè)計和改造，這就為在宿主細胞中組裝異源代謝途徑而獲得期望的基因線路提供了更加有力的分子生物學工具，進而獲得性能優(yōu)良的工業(yè)菌株、建立高效的生物轉(zhuǎn)化細胞工廠。美國伊利諾伊大學趙惠民研究組通過在釀酒酵母中對不同的基因元件進行快速組裝，建立了一種高效的代謝途徑組裝工具DNA assembler[31]，并利用這種工具對不同的基因和啟動子進行組裝，提出了一種稱為COMPACTER(Customized optimization of metabolic pathways by combinatorial transcriptional engineering)的微生物改造方法[23]。在S.cerevisiae中，通過對不同的基因元件進行從頭組裝設(shè)計，他們搭建了不同轉(zhuǎn)錄強度的木糖代謝途徑，然后通過篩選獲得了木糖代謝性狀優(yōu)良的目標工程菌株。經(jīng)驗證，該菌株的木糖消耗速率接近當時已經(jīng)報道的最高水平，為構(gòu)建高效代謝木糖的微生物菌株提供了一種新型、快捷、有效的理論和方法。

3 木糖運輸途徑改造

木糖等底物能夠被微生物細胞迅速代謝的前提是糖類必須通過微生物的膜轉(zhuǎn)運蛋白高效地運輸?shù)郊毎麅?nèi)部。在傳統(tǒng)代謝工程技術(shù)背景下，一般認為細胞內(nèi)生物酶促反應是限制細胞代謝的決定性因素，僅通過過量表達催化相應限速反應的酶就可以增加代謝途徑的通量，提高糖的代謝效率，而對細胞膜蛋白的分子運輸功能并沒有給予過多的關(guān)注[22]。隨著近年來研究不斷深入，研究人員發(fā)現(xiàn)在某些條件下糖類底物的分子運輸速率常常決定了細胞代謝的快慢[32]，所以，對微生物分子運輸途徑進行改造成為了代謝途徑工程一個新的研究內(nèi)容和研究熱點[26,33]。

2009年，Runquist等[20]在S.cerevisiaeTMB 3057中表達來自間型假絲酵母Candida intermedia的葡萄糖/木糖協(xié)助運輸?shù)鞍譍lf1，工程菌TMB 3411對木糖的親和力提高了2倍。Madhavan等[24]在過表達木糖異構(gòu)酶和木酮糖激酶的基礎(chǔ)上進一步引入畢赤酵母Scheffersomyces stipitis的運輸?shù)鞍譙UT1，S.cerevisiae木糖消耗速率提高了50%。2012年，Young等[22]首次利用定向進化技術(shù)對C.intermedia的GXS1運輸?shù)鞍缀蚐.stipitis的XUT3運輸?shù)鞍走M行研究，通過對分子運輸?shù)鞍走M行少量的點突變解除了S.cerevisiae木糖代謝過程中存在的戊糖運輸瓶頸，其中某些進化菌株比生長速率可以提高70%。

Ren等[19]在E.coliBL21中通過對Z.mobilis的葡萄糖協(xié)助運輸?shù)鞍譍lf進行高通量的突變篩選，獲得了一個木糖運輸速率提高42%的運輸?shù)鞍住Ｓ捎谀咎沁\輸?shù)鞍椎霓D(zhuǎn)錄和表達解除了葡萄糖的抑制，為大腸桿菌同時利用葡萄糖和木糖的相關(guān)研究提供了參考。2012年，Utrilla等[18]將代謝工程和適應性進化技術(shù)相結(jié)合，通過對敲除xylFGH的菌株JU01進化培養(yǎng)，使半乳糖PTS運輸?shù)鞍走M化為一個高效的木糖運輸?shù)鞍?。結(jié)合微生物“組學”研究手段，通過對進化菌株的多尺度和多層次解析為今后微生物進一步的改造工作提供指導。

在革蘭氏陽性菌株枯草芽胞桿菌Bacillus subtilis中，盡管其具有木糖代謝所必需的木糖異構(gòu)酶和木酮糖激酶的編碼基因xylAB，以及編碼木糖同向運輸?shù)鞍椎幕騛raE，但是由于araE的轉(zhuǎn)錄受到嚴格的調(diào)控，木糖運輸能力非常有限[34]。2012年，Park等[25]利用啟動子PxylA、基因araE和終止子fba構(gòu)建了一個木糖運輸?shù)鞍譇raE的表達序列，獲得了工程菌株JY123。發(fā)酵數(shù)據(jù)顯示，工程菌株JY123在完全好氧的條件下25 h可以耗盡5.4 g/L的木糖，比生長速率達到0.21 h?1，菌株代謝木糖的能力得到了顯著改善。

木糖運輸對代謝過程的重要性為木糖代謝工程菌株的改造提供了一個借鑒。由于S.cerevisiae、E.coli、B.subtilis均是安全的微生物模式菌株，基因操作技術(shù)豐富，結(jié)合合成生物學技術(shù)對這些模式菌株進行快速、高效的改造以改善微生物木糖代謝必將引起更多的關(guān)注。

4 木糖生物轉(zhuǎn)化制備生物基化學品

作為一種基于可再生資源木糖的綠色可持續(xù)發(fā)展方式，利用代謝工程、合成生物學等技術(shù)改造微生物，使其能夠以木糖為底物進行高效的生物煉制生產(chǎn)重要的生物基化學品 (表2)，如清潔燃料乙醇、生物基礎(chǔ)材料乳酸、功能性甜味劑木糖醇等，引起了廣泛的關(guān)注。

4.1 木糖生物轉(zhuǎn)化制備乙醇

全球石油儲備的減少以及能源價格的持續(xù)上漲促進了世界各國人員對清潔燃料乙醇進行研究[35]。近年來，S.cerevisiae由于其優(yōu)良的工業(yè)生產(chǎn)性狀引起了廣泛的關(guān)注。利用合成生物學原理，Du等[23]在S.cerevisiae中組裝異源的木糖代謝途徑，通過代謝途徑重組優(yōu)化基因的表達水平和代謝通量，僅一輪重組后即篩選到乙醇產(chǎn)率接近當時已報道最高水平的重組菌株，說明了合成生物學技術(shù)在改造S.cerevisiae生產(chǎn)乙醇領(lǐng)域具有巨大的優(yōu)勢。區(qū)別于傳統(tǒng)的代謝工程改造，合成生物學可以通過模塊的快速搭建配置生命機器以實現(xiàn)生物燃料的微生物生產(chǎn)，而不受宿主細胞原有代謝路徑的限制。不過，傳統(tǒng)的代謝工程和進化手段也在推動著木糖代謝乙醇研究的發(fā)展。2011年，Agrawal等[15]在對Z.mobilis進行基因改造的基礎(chǔ)上，通過30次轉(zhuǎn)接進化培養(yǎng)，獲得了一株能夠在100 g/L的木糖培養(yǎng)基上生長良好的菌株。在46 h內(nèi)該進化菌株能夠完全利用100 g/L的木糖，并且乙醇的得率達到理論得率的88%，具有較好的工業(yè)應用前景。2012年，Zhou等[21]運用代謝工程對S.cerevisiae進行改造使其能夠代謝木糖，再利用進化工程提高菌體生長速率和乙醇產(chǎn)率。厭氧發(fā)酵顯示，工程菌株H131-A3-ALCS的木糖消耗速率為 1.866 g/(L·h)，乙醇轉(zhuǎn)化率達到0.41 g/g，這是目前運用釀酒酵母為宿主菌代謝木糖生產(chǎn)乙醇所取得的最高水平，具有較好的工業(yè)應用價值。

表2 不同微生物代謝木糖生產(chǎn)生物基化學品Table 2 List of xylose utilizing recombinant microorganisms for bio-based chemicals production

4.2 乳酸、木糖醇等化學品的制備

近年來，乳酸作為可降解樹脂的生產(chǎn)原料而備受關(guān)注[13]，被美國能源部下屬的可再生能源實驗室 (National Renewable Energy Laboratory)和西北太平洋國家實驗室 (Pacific Northwest National Laboratory)列為生物質(zhì)煉制最具發(fā)展前景的30種生物基礎(chǔ)材料之一[44]。2011年，Abdel-Rahman等[38]分離了一種能夠有效代謝木糖生產(chǎn)乳酸的蒙氏腸球菌Enterococcus mundtiiQU25。在分批發(fā)酵情況下，該菌能夠利用691 mmol/L的木糖生產(chǎn)964 mmol/L純度高于99.9%的L-lactate，發(fā)酵得率為1.41 mol/mol木糖。2012年，Tamakawa等[37]對產(chǎn)朊假絲酵母C.utilis進行基因工程改造，敲除了丙酮酸脫羧酶編碼基因并過表達了乳酸脫氫酶、木糖還原酶、木糖醇脫氫酶和木酮糖激酶。在發(fā)酵條件下，工程菌mXR/XDH/XK能夠在43 h內(nèi)消耗105 g/L的木糖生產(chǎn)93.9 g/L的L-lactate。Okano等[36]敲除了植物乳桿菌Lactobacillus plantarum中與L-lactate形成有關(guān)的乳酸脫氫酶基因，并用外源的轉(zhuǎn)酮醇酶基因tkt替代細菌自身的磷酸轉(zhuǎn)酮酶基因xpk1，實現(xiàn)了菌株由異型乳酸發(fā)酵到同型乳酸發(fā)酵的轉(zhuǎn)變，在60 h內(nèi)，工程菌消耗50 g/L的木糖產(chǎn)生了41.2 g/L的D-lactate。

木糖醇是一種有甜味的五碳糖醇，在人體代謝時不需要消耗胰島素，可以作為糖尿病人的營養(yǎng)劑及功能性甜味劑，廣泛用于醫(yī)藥保健品和化工等行業(yè)。利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)木糖醇污染小，過程易于操作，可有效降低木糖醇的生產(chǎn)成本，具有良好的社會和經(jīng)濟效益。2012年，Ahmad等[45]敲除熱帶假絲酵母C.tropicalis中編碼木糖醇脫氫酶的基因xyl2，并過表達zwf、gnd基因增加戊糖磷酸途徑的代謝通量，以木糖與甘油作為底物進行發(fā)酵，工程菌PP的木糖醇產(chǎn)量比出發(fā)菌株BSXDH-3提高了21%。Jeon等[40]對粗糙脈孢菌Neurospora crassa中編碼木糖還原酶的基因進行密碼子優(yōu)化，并將優(yōu)化后的基因NXRG在缺失了木糖醇脫氫酶基因的C.tropicalis中表達，以葡萄糖和木糖為底物進行發(fā)酵，工程菌LNG2的木糖醇得率達到了96%，生產(chǎn)率為1.44 g/(L·h)。

除了乙醇、乳酸和木糖醇外，一些新型產(chǎn)品的木糖生物煉制研究也引起了廣泛的關(guān)注，如異丁醇[41]、木糖酸[42]、2,3-丁二醇[43]、丙酮：丁醇：乙醇[26]等。近期，本課題組利用不同的基因元件構(gòu)建了一個高效利用木糖的基因模塊(P43

-araE，P43-xylAB)，將其導入B.subtilis后可在微氧發(fā)酵條件下代謝木糖生產(chǎn)化學品3-羥基丁酮和單一構(gòu)型2,3-丁二醇，顯示了重要的應用潛力。隨著木糖代謝研究的蓬勃發(fā)展，利用生物煉制技術(shù)生產(chǎn)生物基化學品將進入發(fā)展的快車道。

5 結(jié)論與展望

利用微生物轉(zhuǎn)化木糖生產(chǎn)生物基化學品具有光明的應用前景，但是為了降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)工業(yè)化應用的目標，還需要對微生物的木糖運輸過程、代謝途徑等方面進一步改造，獲得遺傳性狀和發(fā)酵性能優(yōu)良的微生物木糖代謝菌株[46]。

提高微生物的木糖運輸速率是改善木糖代謝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。研究顯示，在多種微生物體內(nèi)，木糖的運輸是通過MFC家族 (Major facilitator superfamily)的同向運輸膜蛋白來完成的[33]。由于這些運輸?shù)鞍讓Φ孜锬咎堑挠H和力較低 (高Km值)，并且運輸過程不消耗ATP，導致木糖不能夠被高效的運輸?shù)桨麅?nèi)。隨著全基因組測序技術(shù)的進步和多種木糖代謝微生物測序工作的完成[47-48]，結(jié)合適應性進化技術(shù)的運用[18]，為篩選鑒定高效專一的木糖運輸?shù)鞍滋峁┝丝赡堋?/p>

運用合成生物學技術(shù)協(xié)調(diào)木糖代謝途徑的表達。當前，對于多數(shù)不能天然代謝木糖的微生物改造工作基本都是通過在宿主細胞中表達異源的木糖代謝酶來完成的。然而，異源基因的引入通常會引起宿主細胞氧化還原不平衡從而產(chǎn)生代謝負擔、毒性副產(chǎn)物的積累或者其他抑制生長的瓶頸，這時對于細胞代謝途徑進行通量的調(diào)節(jié)就顯得格外重要。合成生物學技術(shù)的快速發(fā)展為代謝途徑的改造提供了更有力的分子生物學工具，通過在宿主細胞中組裝異源的酶功能模塊獲得最適宜的基因元件組合或者利用合成生物學理論定向設(shè)計全新的代謝途徑，從而產(chǎn)生高效代謝木糖的工程菌株。另外，微生物“組學”技術(shù)的不斷發(fā)展為利用合成生物學技術(shù)定向設(shè)計和構(gòu)建高效菌株的工作提供更多的改造靶點參考。

生物基化學品的木糖生物煉制研究。工業(yè)生物技術(shù)的快速發(fā)展使得以生物能源、生物基化學品和生物材料為代表的現(xiàn)代新興工業(yè)迅速興起，利用可再生資源木糖以清潔高效的生物煉制方式替代傳統(tǒng)化學合成方式是社會發(fā)展的必然趨勢。目前，開發(fā)高效代謝木糖的產(chǎn)乙醇重組菌成為全球關(guān)注的重點。通過基因工程、進化培養(yǎng)等技術(shù)選育耐高乙醇濃度和耐高滲能力的產(chǎn)乙醇菌株和基因工程重組菌株，以及利用先進的發(fā)酵生產(chǎn)工藝[49]是縮短發(fā)酵周期、提高乙醇產(chǎn)量、降低成本的關(guān)鍵?？梢灶A見，關(guān)于這些方面的研究將成為未來研究的重點之一。

當前，合成生物學技術(shù)在微生物代謝途徑改造領(lǐng)域廣泛的應用使傳統(tǒng)的代謝工程和基因工程煥發(fā)出新的生命力，使構(gòu)建高效木糖代謝生物有機體成為可能，結(jié)合先進的發(fā)酵工藝進行生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)重要的工業(yè)化學品，不但可以彌補化石燃料的不足，緩解我國嚴重依賴進口石油的被動局面，而且可以達到保護生態(tài)環(huán)境的目的，促進我國工業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

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