1,3-PDO（1,3-丙二醇）是一种高价值精细化学品，在化妆品、医药和塑料制造等领域具有多种应用，可用于合成聚酯和聚氨酯。1,3-PDO 化学合成法通过丙烯醛和环氧乙烷的羰基化反应实现，但该方法存在使用有毒物质、需高压等条件，相比之下，微生物发酵法已成为一种经济高效且环境友好的1,3-PDO 生产技术。近日，江南大学生物工程学院刘立明教授、高聪副研究员团队通过FMME-KP（一种肺炎克雷伯菌菌株）的系统代谢工程，菌株FMME-51在48小时内可生产138.6 g/L 1,3-PDO，产量达到0.52g/g，且无需额外添加VB12（以纯甘油为底物）。此外，该菌株以粗甘油为底物，1,3-PDO产量达到122.7 g/L，这是迄今为止已报道的微生物1,3-丙二醇产量和产率最高的菌株。相关研究成果以“Systems metabolic engineering of Klebsiella pneumoniae for high-level 1,3-propanediol production”为题，发表在《metabolic Engineering》上。
总结与展望
研究团队采用代谢工程、菌株进化和辅因子工程相结合的综合方法，成功开发出一株高效的1,3-丙二醇生产肺炎克雷伯菌。这项研究代表了1,3-丙二醇生物合成领域的重大进展，实现了前所未有的产量和效价，同时无需添加昂贵的VB12，从而大幅降低了生产成本。此外，工程菌株FMME-51能够高效利用粗甘油作为底物，1,3-丙二醇产量为122.7 g/L，产率为0.42 g/g，生产率为2.56 g/(L·h)，这是迄今为止报道的基于粗甘油的1,3-丙二醇生产的最高产量。然而，转化效率和生产率仍需进一步提高，可通过提高甘油吸收能力和改进发酵策略来实现。研究结果证明了工业规模 1,3-PDO 生产的潜力，并为设计非模型微生物合成高价值化学品提供了有价值的框架。