近期，我校生物工程学院刘立明教授团队在开发戊二酸细胞工厂方面取得重要进展，研究成果“Metabolic engineering of plasmid-free Escherichia coli for enhanced glutarate biosynthesis from glucose”正式发表于Chemical Engineering Journal (IF = 13.2) (https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163077)。
戊二酸是一种重要的C5二元酸，可作为聚酯和聚酰胺合成的关键前体。传统的化学法以丁内酯和氰化钾为原料，存在能源消耗高、污染严重等问题，因此开发可持续的生物制造路径成为研究热点。当前微生物合成戊二酸主要依赖于质粒表达系统，但其在发酵过程中存在代谢负担重、遗传不稳定、对抗生素依赖性强等问题，难以满足工业化需求。因此，构建无质粒表达的稳定工程菌株成为提升平台产物可规模化生产的关键。为了实现这一目标，本研究开发出一种无质粒表达、无需抗生素和诱导剂的工程菌株，实现了从葡萄糖出发的高效戊二酸生产。
首先构建包含赖氨酸响应元件和绿色荧光蛋白的生物传感器，结合ARTP诱变与流式细胞高通量筛选获得赖氨酸高产突变株。随后，鉴定突变株中可用于整合基因的中性位点，通过MUCICAT系统基因组整合酶系较少、依赖辅酶少的5-AVA戊二酸生物合成途径，并开发戊二酸生物传感器以优化限速模块的拷贝数。此外，通过转录组分析鉴定并共表达潜在的戊二酸转运蛋白YidE和赖氨酸转运蛋白LysP，进一步提高戊二酸产量。最终，在5-L补料发酵罐中，优化后的菌株RY29实现了戊二酸产量44.8 g/L、产率0.62 g/L/h的高效生产。这些研究结果为微生物细胞工厂中戊二酸的稳定生产提供了重要见解。
生物工程学院2022级硕士研究生褚如寅为论文第一作者，刘立明团队高聪副研究员和李晓敏副教授为论文的通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金面上项目（22378164、32470059）、榆林中科洁净能源创新研究院能源革命科技专项（E411040705）、天津市合成生物学科技攻关项目（TSBICIP-KJGG-015）、 江苏省基础研究计划项目和江苏省合成生物基础研究中心（BK20233003）等资助。
近年来刘立明教授团队以合成生物学科学理论为指导，在高效合成高值化合物细胞工厂构建及酶工程方面开展了系统性的研究，并取得了一系列原创性研究成果，部分成果已发表在Nature Catalysis (2021, 2020)、Nature Communications (2025, 2024, 2022, 2021, 2019, 2018)、Angewandte Chemie International Edition (2024, 2023, 2022)、Chemical Engineering Journal (2025, 2024, 2023)、ACS Catalysis (2021, 2020,2017)、ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2024, 2023)等本领域权威期刊。
