2019年9月Metabolic Engineering报道，日本神户大学的研究者发现了一种可持续生产1,2,4-丁三醇的方法，这是首个利用工程酵母直接发酵稻草中的木糖来生产1,2,4-丁三醇的方法。该团队成功克服了两个瓶颈，最大限度地提高了1,2,4-丁三醇的产量。
如图1所示，1,2,4-丁三醇是由微生物通过细胞内的5阶段反应过程产生的。然而，在反应的步骤1、3和4中，没有天然酶在酵母中提供催化作用。利用基因工程改造在酵母中添加所需的酶，以实现1,2,4-丁三醇的产生。然而，第一次试验仅产生0.02g / L的1,2,4-丁三醇。反应瓶颈是阶段3和阶段4的催化活性不足。
阶段3的木糖酸脱水酶结构中存在铁硫簇，而酵母细胞内天然铁硫簇的量不足。利用代谢工程进一步遗传修饰酵母以增加其铁代谢，这使木糖酸脱水酶催化活性提高约6倍。此外，通过使用源自乳酸乳球菌的酮酸脱羧酶来克服第4阶段瓶颈。最终，该方法成功地产生1.7g/L的1,2,4-丁三醇。此外，利用发酵稻草水解产生的木糖溶液产生了1.1g/L的1,2,4-丁三醇。
图1 生物质生产1,2,4-丁三醇的反应过程，来源：神户大学
该研究表明，使用类似方法生产其他需要铁硫蛋白的化学品是可能的。通过进一步研究优化本研究中的代谢途径将允许从木质纤维素生物质中产生更多的有用的化合物。这有望减少未来对有限石油资源和污染生产方法的依赖。
