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D-乳酸及衍生物3-羟基丙酸(3HP)、丙烯酸含有羧基、羟基或乙烯基等活性基团，可参与多种合成反应，也可通过形成聚合物、参与分子嫁接及表面改性等方式用于材料开发，具有广阔的应用市场。当前，D-乳酸、3HP、丙烯酸的生产面临进一步提高产量、得率、生产速率以及开发基于可再生资源的合成路线等问题；利用代谢工程方法开发这三种产品的高效合成细胞工厂具有重要意义。本研究通过实验室适应性进化获得了一株厌氧快速生长的大肠杆菌平台菌株；利用全基因组突变分析揭示了其快速生长的原因；开发了一株D-乳酸高产菌；实现了基于D-乳酸中间体的3HP和丙烯酸的厌氧发酵生产；为大肠杆菌细胞工厂生产这三种产品提供了新的方法。
首先，通过实验室适应性进化获得了一株大肠杆菌快速生长平台菌株WE269并研究了快速生长的遗传机制。所获平台菌株在测试条件下稳定期生物量及比生长速率(μmax)比出发菌株提高了约20%及72%。进一步研究发现sucD(M245I)和ilvG(Δ1bp)突变为平台菌株厌氧快速生长的主要原因；在平台菌株中PPP途径、应激反应DNA复制机器及部分外排泵基因转录上调，RNA转录机器、脂肪酸合成酶等基因转录下调。
其次，通过代谢改造所获平台菌株构建了一株D-乳酸高产菌。通过发酵测试与工艺优化，乳酸产量为98.3g/L，生产速率为2.05g/(L·h)，得率为0.97g/g，D-乳酸光学纯度大于95%。利用葡萄糖厌氧生产D-乳酸综合性能极具竞争力，具备工业应用潜力。
接下来，通过代谢改造大肠杆菌平台菌株构建了一株3HP生产菌株。通过合成途径分析设计、关键酶挖掘、密码子优化、组合调控优化、强化能量供应、关键基因替换等代谢工程策略，构建和优化了基于D-乳酸中间体的3HP合成途径。通过对整合高效合成途径的3HP生产菌株的发酵测试，在5L罐发酵条件下菌株W3110(p3HP1.0)的3HP产量在排除甲酸干扰物情况下达到2.0g/L。
最后，通过代谢改造大肠杆菌平台菌株构建了一株丙烯酸生产菌株。构建了基于D-乳酸中间体的丙烯酸合成途径，通过与前期获得的D-乳酸生产工程菌株整合获得了丙烯酸生产菌株。摇瓶厌氧发酵产量为74mg/L，证实该菌株可成功合成丙烯酸。
首先，通过实验室适应性进化获得了一株大肠杆菌快速生长平台菌株WE269并研究了快速生长的遗传机制。所获平台菌株在测试条件下稳定期生物量及比生长速率(μmax)比出发菌株提高了约20%及72%。进一步研究发现sucD(M245I)和ilvG(Δ1bp)突变为平台菌株厌氧快速生长的主要原因；在平台菌株中PPP途径、应激反应DNA复制机器及部分外排泵基因转录上调，RNA转录机器、脂肪酸合成酶等基因转录下调。
其次，通过代谢改造所获平台菌株构建了一株D-乳酸高产菌。通过发酵测试与工艺优化，乳酸产量为98.3g/L，生产速率为2.05g/(L·h)，得率为0.97g/g，D-乳酸光学纯度大于95%。利用葡萄糖厌氧生产D-乳酸综合性能极具竞争力，具备工业应用潜力。
接下来，通过代谢改造大肠杆菌平台菌株构建了一株3HP生产菌株。通过合成途径分析设计、关键酶挖掘、密码子优化、组合调控优化、强化能量供应、关键基因替换等代谢工程策略，构建和优化了基于D-乳酸中间体的3HP合成途径。通过对整合高效合成途径的3HP生产菌株的发酵测试，在5L罐发酵条件下菌株W3110(p3HP1.0)的3HP产量在排除甲酸干扰物情况下达到2.0g/L。
最后，通过代谢改造大肠杆菌平台菌株构建了一株丙烯酸生产菌株。构建了基于D-乳酸中间体的丙烯酸合成途径，通过与前期获得的D-乳酸生产工程菌株整合获得了丙烯酸生产菌株。摇瓶厌氧发酵产量为74mg/L，证实该菌株可成功合成丙烯酸。