工程化大肠杆菌利用农业副产物高效合成聚羟基脂肪酸酯：途径优化与底物拓展

　　为解决农业副产物高值化利用和可降解塑料PHA生产成本高的问题，研究人员通过构建共表达hadACd 和phaC1Pa93(STQK) 基因的工程菌株，利用食用菌渣等农业副产物水解液为碳源，实现了PHB和PHBV的高效合成，产量提升33.6%，为生物可降解材料生产提供了绿色新策略。

　　

随着石油基塑料污染问题日益严峻，聚羟基脂肪酸酯(PHA)因其可生物降解特性成为理想替代品。然而传统PHA生产依赖高纯度碳源，成本居高不下，且天然菌株合成效率低、底物谱窄。如何利用廉价可再生资源实现PHA高效合成，成为制约其产业化的关键瓶颈。农业副产物富含纤维素和半纤维素，但复杂结构导致利用率低，亟需开发新型生物合成体系。

中国的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表研究，通过多酶共表达策略构建了能利用农业废弃物的工程菌。研究采用基因重组技术将来自Clostridium difficile的hadA_Cd
（2-羟基异己酸-CoA转移酶）与Pseudomonas sp. Pa93来源的phaC1_Pa93(STQK)
（PHA合成酶突变体）在大肠杆菌中协同表达，结合酸水解处理的食用菌渣等农业副产物作为碳源。通过DTNB法测定酶活、¹
H NMR分析产物结构，并优化培养条件提升产量。

表达与底物特异性分析
研究发现HadA_Cd
能高效转化(R)-3HB、4HBZ等底物为CoA衍生物，突变体PhaC1_Pa93(STQK)
对4HBZ-CoA的酶活达0.1265 U/mg，较野生型拓宽了底物谱。

工程菌构建与优化
双质粒共表达系统pACYCDuet-1表现出最佳稳定性，在pH 8、4 g/L乙酸钠的LB培养基中，食用菌渣水解液使菌体密度(OD₆₀₀
)提升40%。

产物合成机制
¹
H NMR证实工程菌能以4HBZ/HPBA为前体合成PHBV，特征峰出现在0.75 ppm和5.2 ppm。研究首次揭示大肠杆菌内源途径可通过β-氧化生成3HV单体，与糖酵解产生的乙酰-CoA共同参与共聚物合成。

该研究通过"酶元件挖掘-途径重构-工艺优化"三级创新，将农业废弃物转化效率提升33.6%，突破了传统PHA生产对化石原料的依赖。工程菌利用HadA_Cd
简化了3HB-CoA供给途径，结合突变体PhaC1_Pa93(STQK)
的广谱催化能力，实现了从复杂底物到高性能材料的直接转化。这项工作为生物基材料低成本制造提供了全新范式，对推动农业废弃物资源化和塑料污染治理具有双重意义。