研究背景与目标
杨氏梭菌是一种产乙酸菌，能够通过合成气代谢或微生物电合成将CO₂转化为有机物。该菌株已被初步构建遗传操作工具箱，有望成为碳资源转化的底盘细胞。
研究目标：通过工程化改造，使该菌株能够生产丁酸——一种高附加值的大宗化学品（非该菌天然代谢产物）
丁酸是高附加值大宗化学品，但杨氏梭菌天然不产丁酸。
核心技术路径
改造步骤 | 具体措施 | 目的 |
1 | 修饰核糖体结合位点（RBS） | 增强关键酶的翻译效率 |
2 | 敲除 ack 基因 | 阻断乙酰辅酶A向乙酸的转化 |
3 | 破坏 adhE1 基因（双功能醛/醇脱氢酶） | 阻断乙醇生成途径 |
4 | 中断 ctf 基因（辅酶A转移酶） | 消除另一条乙酸生成的替代路径 |
关键实验方法
丁酸合成途径基因导入：
从丙酮丁醇梭菌（C. acetobutylicum）获取丁酸合成所需基因：thl、crt、bcd、etfB、etfA、hbd、buk、ptb，首先以质粒形式导入（菌株B1、B2），随后整合至杨氏梭菌染色体（菌株B3）。
基因编辑技术：
构建了Cre-lox重组系统用于无痕基因编辑，通过单交换同源重组实现 pta、adhE1、ctf 等基因的敲除。
培养条件
使用DSMZ 13528菌株作为亲本
严格厌氧培养
三种电子供体：果糖、一氧化碳（CO）、氢气（H₂）
检测：HPLC 测有机酸、GC 测乙醇、qRT-PCR/Western blot / 蛋白质组学验证表达
研究成果
最终获得的工程菌株表现出优异的丁酸生产能力：
以H₂为电子供体：约 50% 的碳流与电子流导向丁酸合成。
以CO为电子供体：约 70% 的碳流与电子流导向丁酸合成。
研究意义
通过通路引入 + 代谢流重排 + 基因敲除的组合改造，将杨氏梭菌打造为一碳固定产丁酸的细胞工厂，为 CO₂资源化利用、生物制造大宗化学品提供高效可行的技术路线。
