科研进展

近日，河南大学生命科学学院刘宇鹏教授团队青年教师孙杨在生物工程国际知名期刊Bioresource Technology（中科院一区Top，IF=11.4）在线发表了题为“Continuous catalytic production of 1, 3-dihydroxyacetone through sustainable system using perfusion culture and immobilized cells”研究成果。成果提出了一种连续催化甘油生产1, 3-二羟基丙酮 (DHA)的新策略，为生物工程和合成生物学相关产品的生产提出一种高效生产的新途径。

图1连续化生产同步分离系统的建立及二羟基丙酮可持续生产应用

DHA是各种精细化学品和药物底物的重要前体，被广泛应用于化妆品、医药和食品等领域。目前利用甘油作为底物进行生物催化合成DHA时会受到反馈抑制，当DHA浓度超过50 g·L^-1时，它会显著抑制微生物的生长和代谢，这对维持DHA的长期有效催化生产提出了挑战。

图2ICSS系统与传统补料分批发酵生产DHA工艺比较

该团队通过利用中空纤维柱灌流技术和固定化细胞构建了一种新型的连续生产和同步分离(ICSS) 集成系统，并对细胞的时序寿命进行了研究，发现添加酵母提取物和硫酸镁可以复苏细胞的生物催化能力，实现DHA长期的高效率生产。同时结合恒化器的理念构建了相应的动力学模型，并且增加了固定化细胞来处理未消耗的甘油，降低成本的同时又大大提高了下游结晶纯化效率。在最佳的运行条件下，高效微生物连续化催化生产技术新策略促进DHA产量提高4.85倍，大大提高了DHA的生产效益。ICSS系统不仅适用于DHA的生产，还可以应用于其他物质的连续化生产工艺开发。在可持续生物生产过程中具有很大的应用潜力，为利用微生物进行工业高附加值产品生产提供了一种新的思路。

河南大学生命科学学院青年教师孙杨副教授与硕士研究生刘唐为共同第一作者，河南大学/河南省合成生物学与生物制造重点实验室/河南省应用微生物工程研究中心刘宇鹏教授与江南大学白仲虎教授为本文的通讯作者。河南大学为第一完成单位。该研究得到河南省重点研发专项（231111310700)、河南省青年人才托举工程（2023HYTP024）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130734