已经有很多研究尝试对单一菌株的代谢途径进行改造，或采用不同的菌株进行分工合作，以实现五、六碳糖的同步利用。但受限于五碳糖不能被高效利用，目标化学品的生产效率普遍不高。
近年来，随着合成生物学的快速发展和微生物组计划的提出，合成微生物组也在加速发展。为了实现生物质原料中五、六碳糖组分的同等高效利用，微生物所李寅课题组提出了创制“Y型人工菌群”的新概念（图1）。Y型人工菌群由两株源于同一出发菌株、能够生产同样目标产物的工程菌株构成。Y型的两个“头部”代表五、六碳糖的代谢途径，一个“身体”代表共同的目标产物生产途径。
Y型人工菌群应当具备四个特点：（1）能同等高效代谢五、六碳糖；（2）五、六碳糖的代谢正交，互不干扰；（3）五、六碳糖的代谢速率与目标产物生产速率匹配；（4）菌群组成菌株均为全染色体编辑，无需抗生素和诱导剂，以保持生产过程中的遗传稳定性。
为测试这一概念可行性，研究人员以丁醇为目标产物，通过对大肠杆菌进行系统的代谢工程改造，创制了一个Y型人工菌群。其中一株菌为能够优先利用六碳糖高产丁醇的大肠杆菌EB243，另外一株菌为能够高效利用五碳糖高产丁醇的大肠杆菌EB243X。该菌群以混合糖为原料进行批式发酵，可生产约21 g/L丁醇，得率为理论值的85%，是目前报道利用混合糖生产丁醇的最高水平。
进一步对该Y型人工菌群进行分析发现，可通过调整两个菌株的初始比例，使该菌群适应不同比例的五、六碳糖底物以及不同的通气条件，故Y型人工菌群表现出较强的适应性和结构稳定性，具有工业应用的潜力。
这项研究是该课题组继2017年创建全染色体编辑的高产丁醇菌株（metabolic Engineering, 2017, 44: 284-292）后又一具有工业化潜力的研究，为利用合成微生物组思想解决五、六碳糖共利用问题提供了新思路，也为进一步降低生物法生产丁醇的成本奠定了基础。
相关工作已发表在领域期刊metabolic Engineering上，博士生赵春华和卢旺达籍博士生Jean Paul Sinumvayo为该文的共同第一作者，李寅研究员和张延平研究员为共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金和863计划资助。
图1 Y型人工菌群结构示意图
