近日，浙江大学于洪巍教授课题组在《Nature Communication》发表了改造酿酒酵母提高异戊二烯产量的文章: Dual regulation of cytoplasmic and mitochondrial acetyl-CoA utilization for improved isoprene production in Saccharomyces cerevisiae。他们将异戊二烯合成途径引入到线粒体中，使线粒体成为异戊二烯合成车间，并与细胞质途径具有有协同效应。最终，工程菌补料批次发酵生成2.527 g/L异戊二烯，这是真核细胞生产异戊二烯产量最高的报道。
异戊二烯是怎么合成的？
异戊二烯是极其重要的碳五双烯烃，可通过聚合合成橡胶、塑料以及萜烯类化合物，目前全部由石化原料生产，生产方法主要有异戊烷、异戊烯脱氢法；化学合成法(包括异丁烯—甲醛法、乙炔—丙酮法、丙烯二聚法)和裂解C5馏分萃取蒸馏法。自然界的生物法异戊二烯合成途径有两种：第一种是主要存在于真核细胞中的MVA途径（mevalonate pathway，甲羟戊酸途径）；第二种是主要存在于原核细胞中的MEP 途径（2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate pathway，甲基赤藓醇磷酸途径）。MEP途径起始底物为丙酮酸（pyruvate）和甘油醛-3-磷酸（glyceraldehyde 3-phosphate），而MVA途径底物为乙酰辅酶A。
于洪巍课题组在酿酒酵母中用的是MVA途径，组合多靶点改造及补料发酵产异戊二烯2.527 g/L。此前，中科院合成生物学重点实验室杨琛课题组在蓝藻利用MEP途径，改造的工程菌利用光能固定CO2合成的异戊二烯的产量达1.26 g/L。 她并与杨晟课题组合作在大肠杆菌中构建MEP和MVA双途径协同表达工程菌，补料分批发酵异戊二烯产量达24 g/L。2010年，杜邦公司（杰能科）报道在大肠杆菌中整合MVA途径生产60 g/L的异戊二烯，葡萄糖到异戊二烯质量转化率达到11％。
产业化之路还有多远？
其实，生物发酵法合成异戊二烯不论产量是2g/L，20 g/L还是60 g/L，现在谈产业化似乎都为时尚早。与化石原料来源相比，发酵法的成本还是要高很多。
相关文献
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