中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)在生物制造領(lǐng)域取得關(guān)鍵進(jìn)展。大連理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功改造產(chǎn)琥珀酸巴氏桿菌（Actinobacillus succinogenes），通過(guò)引入甲酸鹽氧化與羧化酶耦合回路，使微生物能夠?qū)崟r(shí)回收自身代謝產(chǎn)生的二氧化碳。該工藝將琥珀酸發(fā)酵的滴度與生產(chǎn)強(qiáng)度同步推升至接近工業(yè)商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，有望重塑生物基平臺(tái)化學(xué)品的大規(guī)模生產(chǎn)邏輯。

傳統(tǒng)琥珀酸發(fā)酵長(zhǎng)期受制于無(wú)機(jī)碳源溶解度低與傳質(zhì)效率差的瓶頸。在大型發(fā)酵罐中鼓入二氧化碳不僅能耗高昂，且細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡極易失衡，導(dǎo)致乙酸、乳酸等副產(chǎn)物大量積累。此次研發(fā)的核心在于構(gòu)建了一套內(nèi)生型二氧化碳發(fā)生器。研究人員在宿主菌中共表達(dá)內(nèi)源甲酸脫氫酶大亞基基因（fdoG）與異源磷酸烯醇式酸羧化酶基因（ppc）。當(dāng)甲酸脫氫酶催化甲酸鹽氧化時(shí)，直接在細(xì)胞內(nèi)釋放二氧化碳并同步生成還原力NADH。新生成的二氧化碳隨即被羧化酶捕獲，用于固定中心代謝物磷酸烯醇式酸；而NADH則直接驅(qū)動(dòng)下游蘋(píng)果酸脫氫酶與延胡索酸還原酶的還原反應(yīng)。這種緊密的空間與化學(xué)計(jì)量偶聯(lián)，徹底切斷了對(duì)外部氣液傳質(zhì)的依賴(lài)。

在工藝驗(yàn)證階段，團(tuán)隊(duì)采用優(yōu)化的補(bǔ)料分批發(fā)酵策略，以葡萄糖作為主要碳骨架供體，甲酸鹽則通過(guò)精準(zhǔn)脈沖式流加。脈沖給料的化學(xué)設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵：甲酸鹽既是底物也是潛在脅迫因子，間歇滴加既能維持甲酸脫氫酶活性與NADH再生所需的共底物濃度，又可避免細(xì)胞耐受極限被突破或發(fā)酵液pH劇烈漂移。在該條件下，工程菌株AS-PFZui終實(shí)現(xiàn)琥珀酸滴度96.64克/升，體積生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)1.38克/升/小時(shí)，基于葡萄糖與甲酸鹽總消耗量的轉(zhuǎn)化率達(dá)0.78克/克。業(yè)內(nèi)普遍將生產(chǎn)強(qiáng)度突破1克/升/小時(shí)、滴度逼近100克/升視為有機(jī)酸發(fā)酵具備經(jīng)濟(jì)可行性的基準(zhǔn)線(xiàn)，該數(shù)據(jù)已極具產(chǎn)業(yè)化參考價(jià)值。

選擇產(chǎn)琥珀酸巴氏桿菌作為底盤(pán)細(xì)胞具有明確的產(chǎn)業(yè)邏輯。該菌株源自反芻動(dòng)物瘤胃，天然具備高度活躍的還原型三羧酸循環(huán)分支，對(duì)高濃度琥珀酸產(chǎn)品的耐受性顯著優(yōu)于大腸桿菌或釀酒酵母等傳統(tǒng)工程宿主。然而，其野生型代謝存在明顯的碳通量泄漏，主要通過(guò)酸甲酸裂解酶、乙酸激酶和L-乳酸脫氫酶途徑流失碳源。碳通量分布分析顯示，相較于野生型，工程菌流向琥珀酸的碳通量占比提升了12.11%，副產(chǎn)物積累大幅削減。在發(fā)酵經(jīng)濟(jì)學(xué)中，下游分離純化有機(jī)酸副產(chǎn)物往往是成本Zui高的環(huán)節(jié)之一。碳通量向目標(biāo)產(chǎn)物的定向偏移，意味著每噸成品可顯著降低萃取與結(jié)晶工序的能耗與試劑消耗，整體工藝效率獲得實(shí)質(zhì)性躍升。

該技術(shù)突破同時(shí)契合當(dāng)前單碳化合物（C1）高值化利用的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)。甲酸鹽因可通過(guò)可再生能源電力電化學(xué)還原二氧化碳制得，被視為理想的液態(tài)氫載體與碳衍生物，具備水溶性好、儲(chǔ)運(yùn)安全等優(yōu)勢(shì)。將電化學(xué)甲酸鹽合成與消耗甲酸鹽的工程菌發(fā)酵相耦合，實(shí)質(zhì)上打通了電生雜化產(chǎn)業(yè)鏈?？稍偕娏⒋髿舛趸嫁D(zhuǎn)化為甲酸鹽，微生物在發(fā)酵罐內(nèi)將其原位氧化釋放二氧化碳與還原力，并立即固化為四碳產(chǎn)物。這一閉環(huán)設(shè)計(jì)不僅放大了電化學(xué)階段的碳捕獲效益，更改善了琥珀酸合成的熱力學(xué)條件。目前該成果已獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持，相關(guān)數(shù)據(jù)與方法論已公開(kāi)，為后續(xù)中試放大提供了完整的技術(shù)底座。

實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的優(yōu)異表現(xiàn)并未自動(dòng)等同于工業(yè)化生產(chǎn)的穩(wěn)定交付。對(duì)于下游采購(gòu)方與工程商而言，該案例暴露出的核心關(guān)注點(diǎn)在于大規(guī)模發(fā)酵系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制適配與原料供應(yīng)鏈穩(wěn)定性。脈沖式補(bǔ)料策略在百?lài)嵓?jí)發(fā)酵罐中面臨混合均勻度、溶氧梯度與在線(xiàn)pH調(diào)控的嚴(yán)峻考驗(yàn)，現(xiàn)有通用型發(fā)酵控制系統(tǒng)需進(jìn)行底層算法升級(jí)才能匹配該工藝。此外，甲酸鹽的規(guī)模化采購(gòu)成本及其在水系溶劑中的純度要求，將直接決定終端琥珀酸的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。企業(yè)若布局此類(lèi)新型生物制造產(chǎn)線(xiàn)，需在設(shè)備選型階段提前預(yù)留高精度多通道流加模塊，并與上游電化學(xué)制甲酸鹽產(chǎn)能建立長(zhǎng)協(xié)綁定，方能跨越從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化的工程鴻溝。