毕业论文课题相关文献综述
文 献 综 述
脂肪酸(FFA)作为一种重要的平台化合物，广泛应用于食品、医药、化工等诸多领域，尤其是在生物燃料[1]（油脂）、商业化的高附加值产品[2]（ω - 3多不饱和脂肪酸）生产中应用。2006年我国脂肪酸总产量达到138万吨，创造了巨大的经济效益和社会效益；随着我国经济持续快速发展，脂肪酸的国内需求量、净出口量和表观消费量正逐年递增。目前，脂肪酸主要由化学合成法制备，但其存在反应步骤繁琐、目标产物选择性差、反应条件苛刻等弊端[3]。因而，生物法合成脂肪酸逐渐成为当今基础性平台化合物的研究热点[4,5]，但此法的合成机制研究尚不成熟，脂肪酸收率远低于理论收率的90%[6], 距离工业化生产水平较远。因此，如何提高生物法合成脂肪酸的产量、收率成为急需解决的关键问题。
脂肪酸的合成主要包括3个过程：1)从葡萄糖出发，经糖酵解作用和三羧酸循环，为机体脂肪酸合成提供底物乙酰CoA；2)苹果酸酶催化苹果酸脱羧转化生成丙酮酸，并释放能量，是脂肪酸合成的主要动力来源；3)经脂肪酸从头合成，在脂肪酸合成酶系（FAS）的催化下转化生成脂酰CoA，脂酰CoA在硫脂酶TesA的水解作用下，释放出游离脂肪酸。
目前，生物法合成脂肪酸的研究报道主要集中于大肠杆菌。科学家通过代谢工程手段，定向改造工程菌生产胞外游离脂肪酸。早期研究中[7,8]: C. Khosla等在大肠杆菌中过量表达硫酯酶（来自于Cinnamomum camphorum）生产FFA，产量达到 0.3g/L; 对脂肪酸合成途径中关键蛋白（ACC，FabD，FabZ等）进行过量表达，有效提高脂肪酸的生产水平（表1）；过量表达ACC并敲除fadD，加强TesA和 CcTE的表达，使脂肪酸的产量由0.38g/L增加到0.94g/L，实验结果表明硫酯酶的表达是大肠杆菌合成FFA的关键步骤。Peter等通过表达多种不同来源的acyl-ACP硫酯酶，发现硫酯酶对于底物特异性催化、脂肪酸的碳链长度以及饱和度至关重要[9]。R. Gonzalez[10]等发现大肠杆菌脂肪酸合成存在一条替代途径反β-氧化，该途径能够平衡脂肪酸合成过程中的ATP需求，从而增加脂肪酸收率。通过表达反β-氧化中的关键基因fabAB，脂肪酸产量高达7g/L。此研究对构建脂肪酸合成新途径具有战略性的指导意义。尽管大肠杆菌定向调控生产脂肪酸已取得一定的研究进展，但其生产能力仍很低，且分离纯化出的脂肪酸可能含有热源性物质脂多糖，不利于医药食品的应用。谷氨酸棒杆菌作为典型的革兰氏阳性菌，细胞壁不含脂多糖，有利于脂肪酸的分离纯化；其次，胞内不存在脂肪酸降解的β氧化途径，有利于脂肪酸的积累。此外，谷氨酸棒杆菌具有底物范围广、遗传背景清楚、易于工程调控、可高密度发酵等特点，已经成为微生物催化合成化学品和燃料的理想受体菌。最新研究报道，S. Takeno[19]等通过高通量筛选获得一株具有脂肪酸生产能力的谷氨酸棒杆菌突变株PCC-6，较之野生型菌株，其脂肪酸产量由3.21mg/L提高至279.95mg/L。分析谷氨酸棒杆菌中脂肪酸合成途径，发现fasR、fasA两个基因产生突变，三个基因对谷氨酸棒杆菌合成脂肪酸起到关键性作用，但具体调控机制尚不清楚，因此我们本实验的目的是探究敲除阻遏蛋白基因fasR对产脂肪酸的影响。
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