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本文首先对枯草芽孢杆菌进行代谢工程改造,并结合辅因子工程和发酵工程优化的策略,研究了枯草芽孢杆菌分别生产手性D-(-)-和meso-2,3-丁二醇的能力;其次,利用辅因子工程手段,解决了枯草芽孢杆菌生产乙偶姻时还原力过剩的问题,实现了乙偶姻的高产,并达到了较高的生产速率;最后,通过在谷氨酸棒杆菌中引入外源的2,3-丁二醇合成路线,获得了高产D-(-)-2,3-丁二醇的工程菌株。首先,通过文献比对和实验数据分析,解释了本实验中B.subtilis 168生产单一手性D-(-)-2,3-丁二醇的合理性。为了提高D-(-)-2,3-丁二醇的产量和得率,本文对乙偶姻的合成途径、竞争途径、还原力供给和发酵条件等进行了系统的研究。研究发现,在微氧条件下,敲除乳酸脱氢酶编码基因ldh可以阻断副产物乳酸的生产,同时为菌株提供更多可利用的NADH。通过引入来自大肠杆菌中udhA编码转氢酶,可以将胞内PP途径生产的NADPH部分转化为NADH供乙偶姻还原酶将乙偶姻还原为D-(-)-2,3-丁二醇。通过胞内还原力水平和乙偶姻还原酶活力的测定,以及不同工程菌株乙偶姻和D-(-)-2,3-丁二醇的生产情况,确定对于枯草芽孢杆菌胞内可利用的NADH对2,3-丁二醇的生产有关键作用,而单纯提高乙偶姻还原酶的活性对提高D-(-)-2,3-丁二醇的生产的作用并不显著。最终获得工程菌株BSF30,通过发酵条件优化在分批补料发酵实验中生产了101.2 g/L的D-(-)-2,3-丁二醇。通过引入来自肺炎克雷伯氏菌编码meso-2,3-丁二醇脱氢酶的budC基因,并结合代谢工程、辅因子工程和发酵工程策略,构建了高产meso-2,3-丁二醇的工程菌株BSF9G,在分批补料发酵中生产了103.7 g/Lmeso-2,3-丁二醇。通过解调阿拉伯糖转运蛋白的表达,并引入来自大肠杆菌的木糖异构酶和木酮糖激酶,实现了葡萄糖木糖和阿拉伯糖的共利用。其次,通过辅因子工程策略,确定了使用高溶氧水平的策略,在47℃较高的发酵温度条件下,工程菌株在12h发酵时间内可以生产63.2 g/L乙偶姻,得率达到理论最大得率的94.5%,生产速率为5.32 g/(L·h)。如果将发酵时间延长至16h,乙偶姻的浓度可以达到67.6 g/L。最后,通过在谷氨酸棒杆菌中引入来自枯草芽孢杆菌的2,3-丁二醇合成路线,过表达了来自大肠杆菌的转氢酶,并敲除了主要副产物甘油和乙酸的合成途径编码基因,获得了高产D-(-)-2,3-丁二醇的工程菌株。通过发酵条件优化,在分批补料发酵中生产了60.2 g/L的D-(-)-2,3-丁二醇。