近日，山东大学微生物技术国家重点实验室马翠卿、高超教授团队在国内学术期刊《细胞发现》（CellDiscovery，IF=10.849）发表题为“2,3-Butanediol synthesis from glucose suppliesNADH for elimination of toxic acetate producedduring overflow metabolism”的研究论文。山东大学微生物技术国家重点实验室博士后孟文斯与已毕业博士研究生张丽杰为论文共同第一作者，马翠卿教授与高超教授为共同通讯作者，山东大学微生物技术国家重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。

2,3-丁二醇（2,3-BD）是一种微生物初级代谢产物，检测2,3-BD合成中间体的VP反应是微生物分类鉴定标准之一，但研究者一直未确定2,3-BD合成的具体生理功能。好氧条件下，快速生长的微生物主要通过发酵而非呼吸来获取能量，产生大量乙酸，该现象称作乙酸代谢溢流。乙酸的过量累积会给微生物带来很多不利影响，是影响多种微生物菌株工业化应用最主要的限制因素之一。该研究发现，2,3-BD生产菌株阴沟肠杆菌SDM中存在乙酸代谢溢流消除现象，乙酸合成后会通过该菌株代谢被消除。进一步研究证实，双功能乙醛/乙醇脱氢酶（AdhE）催化的乙醇产生与乙酸诱导的2,3-BD生物合成均参与乙酸代谢溢流的消除。葡萄糖合成2,3-BD过程可为AdhE催化的乙醇产生提供NADH以支持乙酸代谢溢流消除，2,3-BD合成与乙醇产生偶联推动乙酸消除的策略广泛分布于不同细菌中。

乙酸诱导2,3-BD合成以支持乙醇生成及乙酸消除的机制

几丁质是自然界中除纤维素外第二丰富的多聚糖类，由N-乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）通过β-1,4-糖苷键聚合而成。生物体利用GlcNAc的过程中会不可避免地产生乙酸，限制了以几丁质为底物绿色生物制造技术的开发。该研究将乙酸溢流消除机制应用于几丁质资源化过程，利用2,3-BD合成过程产生的NADH推动乙酸还原产生乙醇，结合代谢工程改造策略，实现了基于几丁质水解液的乙偶姻与乙醇联产，为其他涉及乙酸产生的可再生资源利用提供了成功范例。

马翠卿、高超教授团队长期从事2,3-BD的生产应用研究，前期研究获得中国石化联合会技术发明一等奖、山东省高等学校优秀科研成果自然科学一等奖，该研究揭示了2,3-BD合成通过为AdhE催化的乙醇生成提供NADH参与乙酸溢流消除的机制，确定了2,3-BD合成的具体生理意义。相关研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学杰出青年基金等项目的资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41421-021-00273-2