来自中科院微生物研究所的研究人员在973计划、中国科学院知识创新工程重要方向项目和中国科学院创新团队国际合作伙伴计划资助下，获得了一株能够在丁醇浓度提高50%的胁迫环境下正常生长的突变株，还建立了梭菌属的第一张蛋白质组参考图谱，为梭菌属的蛋白质组学研究提供了基础数据。这一研究成果公布在美国化学会《Journal of Proteome Research》杂志上。
文章的通讯作者是微生物研究所的李寅研究员，早年毕业于无锡轻工大学，主要研究方向为工业微生物分子生理学和系统生物技术。
近十年来，代谢工程技术已被广泛应用于微生物菌种改造，并取得了巨大成功。但是，代谢工程技术在提高微生物在工业环境下的适应能力和胁迫抗性方面的作用还很有限。新型大宗生物产品——生物燃料、生物基化学品和生物材料的特点是量大、价廉。为了利用微生物高效、经济地生产这些产品，急需发展新的菌株改造技术。
梭菌（Clostridium）是一类与人类关系十分密切的革兰氏阳性细菌。理解梭菌适应环境胁迫的机制，无论是对在医学上控制梭菌，还是在工业上利用梭菌，都具有十分重要的意义。
梭菌属中在工业上最广泛应用的种是丙酮丁醇梭菌。丙酮丁醇梭菌的正常发酵过程要经过产酸和产溶剂两个阶段，其中从产酸向产溶剂阶段的过渡，通常被认为是该菌的一种解毒和适应机制。在这一转换过程中，许多与胁迫应答、溶剂合成相关的蛋白会上调表达，而与氨基酸和蛋白质合成相关的蛋白则会下调表达。
为了更好理解丙酮丁醇梭菌适应环境胁迫的机制，研究人员模拟自然界的进化过程，获得了一株能够在丁醇浓度提高50%的胁迫环境下正常生长的突变株。采用比较蛋白质组分析，研究人员发现突变株中70%本应在产溶剂阶段上调或下调表达的差异蛋白，在产酸期就提前上调或下调，在产溶剂期还会进一步增大上调或下调的幅度。这表明突变株进化出了一种适应环境胁迫的新策略，即其解毒和适应机制能够更敏感地感知胁迫信号，提前启动并增强对关键蛋白的调控能力，更快、更灵活地调整细胞生理状态，从而帮助突变株适应了更具挑战的环境。
除此之外，研究人员还建立了梭菌属的第一张蛋白质组参考图谱，为梭菌属的蛋白质组学研究提供了基础数据。
近年来，李寅小组在中国科学院、科技部、国家自然科学基金委员会支持下，以梭菌、克莱伯氏菌和乳酸菌为模型，在分子水平上研究如何提高这些菌株的生理性能。基于微生物生理状态与目标功能的关系，李寅小组提出的微生物生理功能工程技术，强调通过改善工业菌种必需的鲁棒性(robustness)和适切性(fitness)，来提高菌种的工业化应用潜力。在设计菌种改造策略时，除了考虑工业发酵过程的传统指标如底物谱、产物得率、发酵浓度、生产强度等，还需要考虑菌种对pH、温度、氧化还原电势、渗透压等环境参数波动的稳定性，以及菌种对木质纤维素水解抑制物的耐受性。在此基础上，文章根据相应生理功能的复杂性和改造的难易程度，设计了不同的技术路线，明确了对微生物生理功能进行系统改造的原则和方法。
微生物生理功能工程将微生物生理学、系统生物学、合成生物学的相关理论与工程方法结合起来，来改善宿主菌的生理功能或导入新的目标生理功能。利用这一技术改造的菌株，将有可能满足多元化的工业需求，特别是满足新兴生物燃料、生物基化学品种和生物材料发展的需求。
