L-苹果酸是一种重要的天然有机酸，广泛用于食品、饮料、饲料、医药保健、化工、材料等行业；用于反刍动物饲料添加剂，可显著降低甲烷排放和增强料肉比；其工业市场容量超过100万吨/年，市场前景广阔。而生物质为碳中性原料，具有廉价可再生等特点，利用合成生物技术，构建以秸秆为原料，直接一步发酵合成大宗化学品的整合生物炼制技术，将有效地降低目标产品的生产成本，为将来绿色生物制造提供新路径。

Myceliophthora thermophila是能够分泌一系列耐热纤维素酶和半纤维素酶的嗜热真菌，它能有效利用纤维素和半纤维素中的C5/C6，其最佳生长温度（~45°C）与纤维素酶的最适催化温度相近，是有利于秸秆生物质高效降解的工业菌种之一。中国科学院天津工业生物技术研究所田朝光研究员带领的真菌合成生物学研究组以M. thermophila为体系，前期通过强化该菌种自身纤维素降解能力和人工目标化学品代谢途径，成功开发了第一代生物质直接发酵合成苹果酸高效菌种（整个过程无需额外添加纤维素酶）。但第一代菌种在发酵过程中有一定的杂酸（琥珀酸）积累，后期产品分离纯化难度大、成本高。为了消除苹果酸发酵过程中的杂酸，近期，该研究组利用合成生物技术，对工程菌种进行了进一步系统改造，通过优化苹果酸的合成途径，平衡细胞质和线粒体间的碳代谢流，结合琥珀酸摄取强化，显著消除了副产物琥珀酸积累，并提高了苹果酸的合成效率，获得了以生物质为原料发酵生产苹果酸的更高效二代苹果酸菌种，而且发酵过程无杂酸，目前该二代菌种已完成中试测试，在吨级发酵罐上，直接以玉米芯生物质为原料，苹果酸产量超过100克/升，为实现以生物质为原料直接发酵合成大宗化学品的产业化实施奠定了坚实基础。

该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金以及天津市合成生物技术创新能力提升行动的支持。研究成果近期已在Microbial Biotechnology上发表。中国科学院天津工业生物技术研究所顾淑莹博士、吴塔菊博士和赵军旗博士为论文共同第一作者，田朝光研究员和李金根副研究员为论文共同通讯作者。

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生物质一步合成苹果酸发酵菌种迭代改造示意图