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聚羟基脂肪酸是新一代绿色可降解包装材料,羟基脂肪酸(Hydroxyfatty Acids, HFAs)是其最理想单体成分之一,同时还是一种有多种用途和广阔应用前景的多碳化学品。由于羟基脂肪酸的化学合成方法不成熟和石油资源的日益短缺,越来越多的研究开始转向利用低成本、可再生的糖类来进行羟基脂肪酸的生产。大肠杆菌作为一种模式微生物,具有遗传背景清晰、易于进行分子操作的优点,工程大肠杆菌已被广泛用于多种化学品的生产,因此本研究主要利用工程大肠杆菌来制备羟基脂肪酸。细胞色素P450单加氧酶可高特异性的催化脂肪酸的ω碳位发生羟基化反应而生成羟基脂肪酸,本研究将来源于巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)的单加氧酶基因P450BM3构建到不同拷贝数的表达载体上,并在工程大肠杆菌体内获得了成功表达,实现了由底物脂肪酸到羟基脂肪酸的成功转化。研究结果显示在中拷贝数质粒pACYCDuet-1上表达单加氧酶P450BM3获得了最高的羟基十二酸和羟基十四酸产量,产量分别为593.3mg/L和547.3mg/L,同时底物脂肪酸的转化率分别为59.7%和52.3%。对三种产物ω-1、ω-2、ω-3-HFAs进行定量分析发现三种产物的产量基本相同,分别占总产量的35%左右,表明单加氧酶P450BM3对底物脂肪酸的三个羟化位点具有相同的催化活性,没有特定偏爱性。而后通过定点突变的方法对单加氧酶P450BM3进行改造,突变酶转化月桂酸获得了621.9mg/L的羟基月桂酸,底物月桂酸转化率为62.1%；其中ω-3羟基月桂酸占总产物的比例由原来的35%左右升至60%以上,实现了以月桂酸为原料特异性生产ω-3羟基月桂酸。为了探究由糖类到羟基脂肪酸的生产过程,本研究对大肠杆菌的代谢通路进行改造,并构建了由葡萄糖到羟基脂肪酸生产的工程菌株。研究结果显示,通过异源表达来源于加州月桂(Umbellulana california)的硫酯酶BTE,增加了胞内游离脂肪酸含量；同时硫酯酶BTE的表达还改变了游离脂肪酸的链长组成,产生的游离脂肪酸链长主要以C12和C14为主,占总脂肪酸产量的80%以上,达到118.9mg/L,且95%以上都存在于细胞内。随后,通过表达来源于巨大芽孢杆菌的单加氧酶P450BM3,将细胞产生的游离脂肪酸羟化为羟基脂肪酸,获得羟基脂肪酸的产量为72.2mg/L,三种产物在总产物中所占比例基本相近；使用突变的单加氧酶P450BM3羟化细胞产生的游离脂肪酸,获得了79.5mg/L的羟基脂肪酸,其中ω-3羟基月桂酸占总产物的比例升至60%左右,实现了以葡萄糖为原料特异性生产ω-3羟基月桂酸。