戊糖己糖共利用是影響纖維素乙醇等第二代生物燃料成本的關(guān)鍵因素之一。10月13日，PLoS Genetics在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所功能基因組團(tuán)隊(duì)通過戊糖己糖共利用高溫發(fā)酵乙醇的最新研究成果通過嗜熱厭氧菌功能基因組學(xué)揭示了戊糖、己糖共利用機(jī)制，并提出了高溫乙醇發(fā)酵的新策略。木質(zhì)纖維素中除葡萄糖等己糖（六碳糖）外，還有大量的木糖等戊糖（五碳糖），目前大多數(shù)工業(yè)微生物只能或偏好于利用葡萄糖等己糖。青島生物能源與過程所徐健團(tuán)隊(duì)與美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)周集中團(tuán)隊(duì)合作，基于功能基因組與系統(tǒng)生物學(xué)手段重構(gòu)了第一個(gè)嗜熱厭氧菌碳源代謝的代謝與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（如圖）。該全基因組網(wǎng)絡(luò)揭示了葡萄糖、木糖、果糖和纖維二糖的分解代謝基因分別位于不同的功能單元內(nèi)，并且己糖和戊糖的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)都同受bglG調(diào)控，從而解釋了Thermoanaerobacter等嗜熱厭氧菌共利用己糖和戊糖的機(jī)制。
　　研究還發(fā)現(xiàn)了葡萄糖與木糖功能單元之間相互配合與促進(jìn)的特性：前者通過促進(jìn)后者的轉(zhuǎn)運(yùn)和分解代謝來加速后者的利用，而后者通過維持輔酶和離子的代謝來延遲細(xì)胞裂解。基于該特性，博士生林璐、副研究員宋厚輝等發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，通過調(diào)控戊糖和己糖的加入比例和時(shí)間能顯著提高乙醇產(chǎn)量，從而提出了一種高溫乙醇發(fā)酵的新策略。

　　Thermoanaerobacter和Clostridia 等嗜熱厭氧細(xì)菌因其高溫厭氧、廣譜性碳源及戊糖己糖共利用等特色，在纖維素生物燃料煉制中具重要應(yīng)用前景。該研究是一個(gè)通過系統(tǒng)生物學(xué)思路與手段來直接指導(dǎo)與改進(jìn)發(fā)酵工程的生動(dòng)例證，為改造此類細(xì)菌的代謝與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，并為釀酒酵母、大腸桿菌、熱纖梭菌等通常不能共利用戊糖己糖的工業(yè)微生物的發(fā)酵與基因工程提供了新的策略和目標(biāo)，也為設(shè)計(jì)與構(gòu)建能夠在高于55攝氏度高溫等極端環(huán)境下運(yùn)作的基因回路與功能模塊提供了豐富的藍(lán)圖與思路。

　　該研究得到了中科院、科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。