青島能源所藍細菌生物烴研究取得新進展

　　由于脂肪烴生物燃料具有高能量密度、低吸濕性和低揮發性，且與現有發動機和運輸設施相兼容等優點，已經成為傳統石化液體燃料的最佳替代品之一。基于藍細菌作為光合能源微生物體系的優勢，通過藍細菌高效定向生物合成脂肪烴，實現單一生物體內直接利用太陽能和二氧化碳高效制備新型優質生物液體燃料具有重要意義。

　　近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所生物代謝工程團隊在負責人、中科院“百人計劃”入選者呂雪峰研究員帶領下，從基因—蛋白—細胞等多尺度對藍細菌脂肪烴生物合成開展系統研究，取得一系列新進展，相關成果發表在Applied Energy、Biotechnology for Biofuels、Applied Microbiology and Biotechnology等期刊。

　　在基因尺度，通過對19株野生藍細菌基因序列特征分析及構建菌株16SrDNA、脂酰ACP還原酶和脂肪醛脫甲酰加氧酶進化樹，初步解析了產烴關鍵基因的分子進化關系，并發現藍細菌形態特征與其脂肪烴組成之間存在一定關聯性，支鏈脂肪烴主要存在于絲狀藍細菌中。（Applied Energy, 2013, 113, 383-393）

　　在蛋白尺度，克隆、表達、表征了來自聚球藻PCC7942的脂肪醛脫甲酰加氧酶及還原系統，和異源（來自菠菜）及化學還原系統相比，同源還原系統更能促進脂肪醛脫甲酰加氧酶的活性，比化學還原系統的kcat提高了近2.7倍。（Biotechnology for Biofuels, 2013，6:86）

　　在細胞尺度，優化構建了修飾脂肪烴生物合成途徑脂酰ACP還原酶和脂肪醛脫甲酰加氧酶等關鍵基因元件的多株基因工程藍細菌，脂肪烴產量最高達到野生型的8倍。（Biotechnology for Biofuels, 2013，6:69）

　　同時，在藍細菌基因工程方法方面，建立了基于FRT/FLP重組系統的藍細菌基因工程無抗篩選新方法，實現了藍細菌中抗性標簽的循環利用，為多基因、多位點至基因組范圍的藍細菌遺傳改造，進一步顯著提高藍細菌脂肪烴生物合成效率奠定了技術基礎。（Applied Microbiology and Biotechnology, 2013，doi: 10.1007/s00253-013-4837-6）

　　上述工作得到了科技部“973”計劃、國家自然科學基金委、中國科學院、波音公司等項目支持。

圖1 藍細菌脂肪烴生物合成途徑及脂肪醛脫甲酰加氧酶（ADO）電子轉移簡圖

圖2 五株代表性藍細菌的產烴特征分析