琥珀酸是一种用于合成塑料原料以及食品和药品的重要化学物质。日前，韩国研究人员开发了一种可以大量生产琥珀酸的技术，研究团队通过应用代工工程和酶工程技术，生产出一种微生物菌株，该菌株能够大规模生产琥珀酸。

研究团队，图片来源韩国高等科学技术院

该项研究由韩国高等科学技术院(KAIST) 与庆北国立大学合作研发。相关研究成果以“Enhanced succinic acid production by Mannheimia employing optimal malate dehydrogenase”为题，发表在《Nature Communications》（自然通讯）上。

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研究背景

生物基化学品变得越来越重要，已成为依靠化石资源的常规石油基生产工艺的可持续替代品。在这些可以生物法生产的化学品中，琥珀酸（SA）是最有前途的平台化学品之一，被美国能源部列为12种最具潜力的大宗生物基化学品之首。

琥珀酸又称丁二酸，可作为工业重要化学品的前体，例如1,4-丁二醇、γ-丁内酯、四氢呋喃，并作为单体制造各种聚合物。琥珀酸及其衍生物被广泛地应用于食品、医药和化工等领域。

目前,琥珀酸的生产分为化学合成法和微生物发酵法,前者消耗大量不可再生资源,同时产生严重环境污染；后者具有成本低、无污染、可再生、转化率高等特点,同时微生物发酵法生产琥珀酸的过程是固定CO2的过程,采用发酵法生产琥珀酸有助于减少CO2的排放,减弱温室效应,为人类实现低碳生活做贡献。

在产生琥珀酸的微生物中，曼海姆氏琥珀酸生产菌已被证明是生产琥珀酸的最佳菌株之一。苹果酸脱氢酶（MDH）是琥珀酸生产的关键酶之一，但尚未得到很好的表征。

创新

该研究小组使用从母牛的瘤胃中分离出的丁二酸乳球菌菌株，开发了一种基于生物的琥珀酸生产技术，并成功开发了能够生产最高生产效率的丁二酸的菌株。

左：产生琥珀酸的微生物代谢途径；右：苹果酸脱氢酶结构

他们进行了系统代谢工程设计，通过确定对于琥珀酸生产重要的关键酶的晶体结构，并进行蛋白质工程以开发具有更好催化性能的酶，从而优化了M. succiniciproducens菌株的琥珀酸生产途径。

结果表明，使用葡萄糖、甘油和二氧化碳从工程菌株的发酵中产生了134g /升的琥珀酸。他们能够实现每小时生产21克琥珀酸，这是决定整个生产过程的经济可行性的关键因素之一，这也是迄今为止报道的世界上最高的琥珀酸生产效率。以前的生产方法平均每小时每升1到3克。

该研究作者Sang Yup Lee教授解释说，该项研究成功将将促进当前的石化产业转变为生态友好的生物产业。

Lee教授说：“我们对可再生的非粮食资源和二氧化碳高效生物基生产琥珀酸的研究，为减少化石资源的依赖提供了基础，而对化石资源的依赖是造成环境危机的主要原因。”

论文链接：http://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=7092