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生物氧化还原反应具有选择性高、涉及产品多等特点,具有很大应用潜力,但生物氧化还原过程中辅酶的供给限制了其工业化应用。1,3-丙二醇生物合成过程是典型的生物还原反应,Klebsiella pneumoniae转化甘油生产1,3-丙二醇的过程需要消耗还原型辅酶NADH,在野生菌中它们是通过共存于菌体内的甘油氧化代谢途径再生的,但这种氧化-还原的耦联降低了甘油到1,3-丙二醇的转化率。本文以提高NADH的有效供给为目标,从削弱与1,3-丙二醇合成途径竞争NADH的途径,以及提高胞内NADH的再生能力两方面入手,探索了利用代谢工程手段促进1,3-丙二醇合成、尤其是提高产物得率的新方法。主要内容如下:(1)合成1,3-丙二醇的同时,分支代谢生成乙醇的过程消耗了大量辅酶。利用分子生物学方法,将K. pneumoniae YMU2中醛脱氢酶失活,构建了重组菌DA-1HB,该方法理论上可比改造乙醇脱氢酶更有效地削弱乙醇合成途径,从而减少副产物合成过程中NADH消耗。利用重组菌DA-1HB发酵罐培养时,1,3-丙二醇合成浓度达到61 g.l-1,比出发菌YMU2提高10%;乙醇合成浓度降低70%以上;1,3-丙二醇摩尔得率由35.5%提高到61.2%。(2)从提高胞内NADH再生能力角度,构建了携带甲酸脱氢酶基因的表达质粒,并转化到1,3-丙二醇生产菌YMU2中,重组菌OF-1利用甲酸/甲酸脱氢酶体系,胞内NADH再生能力得到有效提高。尽管摩尔得率(36%)与野生型菌株相似,但1,3-丙二醇浓度提高到68 g.l-1。(3)将上述“节流”“开源”的方式相结合,在醛脱氢酶失活菌株DA-1HB中克隆了甲酸脱氢酶,获得重组菌K. pneumoniae DAOF。1,3-丙二醇合成浓度及摩尔得率分别达到63 g.l-1及38.4%,该菌中乙醇合成浓度与YMU2相当,乙醇合成能力的恢复使得1,3-丙二醇合成未如预期般提高。(4)以1,3-PD合成性能占优的重组菌DA-1HB为工作菌株,调控培养基氧化还原态势,优化发酵工艺,以甘油为唯一碳源时,1,3-丙二醇合成浓度和摩尔得率分别达到70 g.l-1和69.9%。