近期，我校beat365在线唯一官网beat365在线唯一官网刘立明团队在代谢工程改造谷氨酸棒杆菌生产戊二胺方面取得重要进展，研究成果以 “Engineering Corynebacterium glutamicum for 1,5-pentanediamine production via enhanced product tolerance and efflux transport” 为题发表于Bioresource Technology（IF=9.0）。
1,5-戊二胺（PDA）是合成生物基聚酰胺的关键单体，传统化学合成往往伴随着高污染与高耗能，同时环境不友好与不可持续的特性限制了其大规模生产；随着合成生物技术的快速发展，发酵法生产PDA正在逐渐取代传统的化学合成，但同时微生物合成又受限于高浓度PDA造成的严重细胞毒性。
针对上述问题，beat365在线唯一官网刘立明教授课题组首先在谷氨酸棒杆菌中设计并构建了PDA合成路径，发酵评估后指出了此前从未报道过的毒性裂解问题。为此采用双重耐受性工程策略：首先，通过理性筛选和适应性实验室进化（ALE）鉴定了膜相关耐受性靶点，发现脂蛋白基因cgl1283的G345D突变可显著提升胞外PDA耐受性（IC₅₀从33.5提升至68.9 g/L），进一步通过RBS强度优化实现了耐受基因（ydgK与cgl1283G345D）的协同表达；其次，通过工程化改造CgmA外排转运蛋白（M284A突变），将胞内PDA积累降低80.7%，有效缓解了细胞毒性。最终结合发酵工艺优化（接种量20%、限制性葡萄糖补料策略），在5-L生物反应器中实现130 g/L PDA产量、0.40 g/g葡萄糖产率和3.94 g/L/h生产强度，三项指标均为目前发酵法生产PDA的报道最高值，超越了此前记录。同时，该研究建立了整合胞内与胞外耐受性工程的全面框架，为高毒性、高价值化学品的微生物生产提供了有效策略。
论文第一作者为2023级硕士研究生宋龙飞，通讯作者为刘立明教授与高聪副研究员。此外，该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)、Metabolic Engineering (2025, 2023)等本领域权威期刊。上述工作得到了国家自然科学基金等科研项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biortech.2026.134178。
图1 戊二胺高效合成细胞工厂构建示意图
