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木质纤维素是自然界中含量最多的生物质,其中所含有的纤维素与半纤维素占其总质量的75%左右,有效利用这部分天然资源将有利于降低发酵工业的成本。半纤维素中的主要组分为木糖,而枯草芽孢杆菌并不能直接利用木糖,本研究采用进化工程的方法获得一株能够有效利用木糖快速生长的枯草芽孢杆菌E72,其利用木糖生长时的最大比生长速率为0.445h-1,高于目前所报道的结果,进一步通过全基因组测序及反向代谢工程的方法发现三个对利用木糖有重要影响的基因突变。其中araR基因的突变使枯草芽孢杆菌可以直接利用木糖,sinR基因的突变将菌体利用木糖生长时的比生长速率提高至0.437 h-1,而comP基因的突变通过延长菌体生长的指数生长期进一步改善了菌株利用木糖的能力。含这三个突变的重构菌株168ARSRCP,与进化菌株E72相比,维持较好的木糖利用及生长能力,且具有延滞期较短及易于进行化学转化等优点。通过敲除acoA及bdhA基因,168ARSRCPΔacoAΔbdhA菌株可直接利用木糖有效地生产乙偶姻,进一步组成型过表达araE基因及大肠杆菌xylAB操纵子,获得的菌株168ARSRCPΔacoAΔbdhA(pHP3-PA-PAB),该菌株可以同时利用木糖、阿拉伯糖及葡萄糖生产乙偶姻。分批补料发酵结果表明,该菌株能够72小时内利用约200 g/l混合糖生产57.4 g/l乙偶姻。微生物直接利用纤维素与半纤维素进行一体化生物加工生产大宗化学品是一种经济的生产方式,该过程存在的主要问题之一是包括枯草芽孢杆菌在内的许多微生物并不能产生足够的纤维素酶与半纤维素酶使之能有效地分解并直接利用纤维素与半纤维素。通过采用过表达木聚糖酶的方式成功改善了枯草芽孢杆菌直接利用木聚糖生长的能力,并且过表达了木聚糖酶的工程菌株168ARSRCPΔacoAΔbdhA(p9CR-P43-xynA)获得了利用木聚糖生产乙偶姻的能力,实现了以木聚糖为底物一体化生产乙偶姻的过程。此外从转录、翻译、蛋白运输等多个方面优化了纤维素酶在枯草芽孢杆菌中的表达。首先基于计算机预测对适用于纤维素酶EglS的信号肽进行了筛选,获得了能够提高纤维素酶分泌能力的信号肽SywmC,使得胞外纤维素酶活提高了22%。我们又对枯草芽孢杆菌的启动子进行了筛选并发现了强启动子PcspD,该启动子的表达效果较枯草芽孢杆菌常用的强启动子P43提高了58%。之后通过在eglS基因的核糖体结合位点前加入mRNA的稳定结构将胞外的纤维素酶活提高了35%,最后通过采用高拷贝质粒进一步提高了纤维素酶的酶活,使枯草芽孢杆菌能够直接利用纤维素在平板上生长。