2024年1月，BioDesign Research 在线发表了厦门大学袁吉锋教授团队题为Microbial Upcycling of Depolymerized Lignin into Value-Added Chemicals 的综述论文。

近年来提出“生物漏斗”策略，即木质素及其木质素解聚化合物可以作为微生物发酵原料，用于生产具有高商业价值的化学品，实现木质素的高附加值开发（图1）。文章总结了当前解聚木质素生物转化的最新进展，内容包括：

一、木质素解聚化合物制备二羧酸的研究进展

合成生物学的出现为二羧酸的可持续生产提供了新的策略和方法。例如，通过改造Pseudomonas putida、Corynebacterium glutamicum、Sphingobium sp.等内源代谢途径利用木质素解聚物高效合成顺，顺-黏糠酸和己二酸；通过引入木质素分解途径，大肠杆菌全细胞生物催化木质素解聚物高效合成顺，顺-黏糠酸和己二酸。此外，工程改造P. putida 和Rhodococcus jostii 利用木质素解聚物或木质纤维素水解物合成吡啶-二羧酸和β-酮基己二酸。

二、木质素解聚物制备高附加值芳烃的研究进展

木质素含有丰富的芳香环结构，是芳香族化合物重要的生产原料。目前，很多研究聚焦大肠杆菌利用异源木质素代谢途径催化木质素解聚物合成结构简单的芳香族化合物，如香兰素、没食子酸、芳香胺、及其他酚酸等。此外，酿酒酵母、P. putida、Rhodococcus opacus、Rhodopseudomonas palustris 也都有类似报道，为木质素解聚物转化高价值芳香族化合物提供多种可能性。

三、木质素解聚制备复杂天然产物的研究进展

许多植物衍生的天然酚类化合物具有药物活性，在制药和化妆品工业中广泛应用。据报道，大肠杆菌、酿酒酵母、Streptomyces venezuelae、C. glutamicum 等引入异源木质素代谢途径利用木质素解聚物合成酚苷类、香豆素类、黄酮类、芪类化合物，丰富了木质素的利用。

四、微生物直接处理木质素或木质纤维素的研究进展

为了简化生物合成过程，理想情况是微生物直接利用木质纤维素水解产物，利用其中的葡萄糖和木糖为其生长供能，同时转化木质素解聚物生成目标产物。文章汇总了当前报道的木质素降解菌，其主要属于放线菌门、变形菌门、厚壁菌门和古细菌门。这为未来开发更高效的木质素利用底盘提供参考。

图1 微生物利用木质素解聚物合成多样的高附加值化合物

最后，文章从生物催化和代谢工程的角度提出促进木质素可持续利用的策略，包括：1. 机理挖掘阐明木质素降解途径，有机整合木质素降解和下游生物合成过程；2. 利用合成生物学方法提高木质素利用率，如设计-构建-测试-学习(DBTL)循环、改造木质素降解途径等；3. 利用酶修饰、蛋白质工程等技术改良限速酶的催化效率，并探索S型木质素衍生物利用途径，以达到充分利用木质素的目的。此外，为了实现木质素的高值化利用，需要在木质素解聚、微生物代谢工程和工业工艺规模化等领域进行进一步的研究。

该论文的第一作者为厦门大学生命科学学院张阳助理教授、博士后程成和研究生付碧霞，通讯作者为福建中烟工业有限公司范坚强、东北林业大学薛哲勇教授、江南大学陈安琪助理研究员、厦门大学袁吉锋教授。

文章链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/bdr.0027