丙酮丁醇梭菌的遗传操作系统VIP免费

生物工程学报ChinJBiotech2010,October25;26(10):1372−1378journals.im.ac.cnChineseJournalofBiotechnologyISSN1000-3061cjb@im.ac.cn©2010CJB,Allrightsreserved.Received:June15,2010;Accepted:August15,2010Supportedby:NationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina(863Program)(No.2006AA02Z237).Correspondingauthor:YinLi.Tel/Fax:+86-10-64807485;E-mail:yli@im.ac.cn国家高技术研究发展计划(863计划)(No.2006AA02Z237)资助。细胞工厂的构建技术丙酮丁醇梭菌的遗传操作系统董红军，张延平，李寅中国科学院微生物研究所，北京100101摘要:丙酮丁醇梭菌是极具潜力的替代燃料——生物丁醇的合成菌，受到各国研究者的普遍关注。丙酮丁醇梭菌菌株改造是生物丁醇产业化进程中的一项重要工作，其中遗传操作是核心内容之一。以下对丙酮丁醇梭菌的遗传操作系统的发展历史、种类和原理进行了综述，分析了目前几种遗传操作系统的局限性，并对其发展进行了展望。关键词:丙酮丁醇梭菌，丁醇，菌株改造，遗传操作系统GeneticmodificationsystemsforClostridiumacetobutylicumHongjunDong,YanpingZhang,andYinLiInstituteofMicrobiology,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,ChinaAbstract:Clostridiumacetobutylicum,abiofuel-butanolproducer,hasattractedworldwideinterests.Strainimprovementisimportantfortheprocessofbiobutanolindustrializationwhereefficientgeneticmodificationsystemsareessential.Inthisreview,thehistoryofgeneticmodificationsystemsofC.acetobutylicumwasintroduced,andthetypesandprinciplesofthesesystemsandtheirdisadvantagesaresummarizedandanalysed.ThedevelopmentofupdatedgeneticmodificationsystemsforC.acetobutylicumisalsoproposed.Keywords:Clostridiumacetobutylicum,butanol,strainimprovement,geneticmodificationsystems丁醇是一种重要的化工原料，主要用于制造增塑剂、溶剂、萃取剂等，全球年需求量超过140万t。丁醇又是一种极具潜力的新型生物燃料，其热值、辛烷值与汽油相当；含氧量与汽油中常用的甲基叔丁基醚相近；不会腐蚀管道、不易吸水，便于管道输送；蒸汽压低，安全性高，且与汽油有很好的混合性。生产丁醇有两种方式，一种是通过化工方法从石油中提炼。这种方法是目前市场上丁醇的主要来源。但随着石油作为不可再生资源，储备量急剧减少，且价格节节攀高，生物法生产丁醇作为石化法生产的替代方式受到越来越多的关注。产丁醇的微生物包括丙酮丁醇梭菌Clostridiumacetobutylicum、拜氏梭菌C.beijerinckii、C.saccharoperbutylacetonicum和C.saccharobutylicum等菌株，其中对丙酮丁醇梭菌C.acetobutylicum的研究最广泛和深入。微生物生产丁醇的主要问题是产物浓度低、产率低、分离成本高，因此生物丁醇的生产需要对现有的发酵体系及菌株进行改造，才有可能满足工业化需求。传统的菌株改造是基于诱变的随机筛选，工作量大，而且经过过去长期诱变筛选，其提升丁醇生产能力董红军等:丙酮丁醇梭菌的遗传操作系统1373Journals.im.ac.cn的空间已经很小。2001年丙酮丁醇梭菌基因组的测序完成[1]，为研究者们对丁醇生产进行系统生物学的研究提供了可能。现在转录组学[2]、蛋白组学[3]、代谢网络模型[4-6]等方面都有广泛的研究报道。虽然现在对丙酮丁醇梭菌产丁醇的认识已经有了很大的进步，但是通过菌株改造来提升丁醇生产能力的工作却进展不大。主要原因是由于厌氧梭菌的遗传操作比较困难，转化效率低(103~105转化子/μgDNA)[7]，传统的同源重组方法难以进行。虽然目前已经有梭菌遗传操作成功的报道，但是往往效率不高或使用范围受限，遗传操作工具的高效性仍是目前产丁醇菌株改造的一个制约因素。本文主要以丙酮丁醇梭菌模式菌株ATCC824为介绍对象，对其遗传操作系统的发展历史及原理进行了总结，分析了其局限性，并对未来的发展进行了展望。1丙酮丁醇梭菌的转化由于丙酮丁醇梭菌不具备自然转化的能力，所以将外源DNA导入到梭菌细胞内就需要采取物理或化学的方法。Truffaut等[8]利用制备原生质体的方法对丙酮丁...