木质素是一种丰富的天然聚合物，在纸浆和造纸工业中作为副产品被淘汰。最近的一篇评论文章探讨了可用于可持续木质素增值的不同微生物过程，不仅产生环境效益，而且还产生经济效益。研究人员强调了当前的进展以及使用天然和工程微生物将解聚木质素转化为有价值的高价值产品时所面临的挑战。

人们对向低碳社会转型的日益关注推动了开发可持续解决方案的研究。木质素是一种在植物生物质中大量存在的天然聚合物，传统上作为纸浆和造纸工业的副产品被丢弃或作为燃料燃烧。然而，近年来，它已成为生产各种环保增值产品的宝贵原料。

最常用的木质素转化方法采用两阶段策略，包括解聚和精炼，将木质素转化为有益产品。各种预处理策略和解聚技术，包括氧化、还原和热解聚以及化学改性，将木质素分解成重量较低的酚类化合物，然后将其精炼成专门的高价值化学品。此外，通过使用能够将木质素衍生的芳香族化合物降解为增值产品的微生物，可以最大限度地提高木质素的利用率。某些细菌和真菌物种，例如恶臭假单胞菌、浑浊红球菌、沼泽红假单胞菌、黄孢原毛平革菌和鞘氨醇单胞菌拥有使它们能够直接利用预处理的木质素或解聚芳香族化合物的酶。此外，异源酶在大肠杆菌等模型微生物中的表达使得基于木质素的平台化合物能够转化为更有价值的最终产品。

在最近的一项研究中，福建中工业有限责任公司技术中心范建强教授与东北林业大学薛哲勇教授、江南大学陈安琪教授、厦门大学袁继峰教授合作，回顾了当前利用微生物升级改造木质素的生物策略取得进展。他们的研究发表在2024年1月22日的《BioDesign Research》第6卷上。袁继峰教授详细阐述了他们的研究目的，他解释道：“此外，我们的综述提供了对当前生物木质素增值面临的问题的见解，同时提出了进一步的研究方向改进这些技术，以广泛实现木质素升级回收。”

该文章强调了从木质素生产二羧酸，特别是顺式粘康酸(ccMA)的前景。传统方法涉及从石油原料进行化学合成，但合成生物学提供了一种环保的替代方法。工程细菌菌株，如恶臭假单胞菌、大肠杆菌和拟无枝酸菌。用于优化 ccMA 合成途径，从而从木质素衍生化合物中合成更多的 ccMA。研究人员还讨论了使用恶臭假单胞菌和大肠杆菌的工程菌株从木质素水解产物中合成己二酸(一种商业上重要的二羧酸)、吡啶二羧酸和β-酮己二酸。

该研究进一步解释了利用微生物生物催化从木质素衍生的阿魏酸合成香草醛，以及通过微生物发酵木质素衍生的化合物有效生产没食子酸。该综述还探讨了使用工程微生物菌株改进酚酸(如 4-羟基苯乙酸和 3,4-二羟基苯乙酸)和复杂天然产物(包括酚苷、香豆素和来自木质素衍生化合物的黄酮类化合物)的生物合成。

研究人员强调了微生物将木质纤维素水解物直接加工成各种分子的简单性和可持续性。他们观察到木质素降解细菌广泛分布在天然富含木质素的多样化环境中，主要属于变形菌门、放线菌门、厚壁菌门和古细菌门。

总之，本研究强调了利用微生物实现可持续木质素增值的潜力，认识到木质素作为可再生原料的潜力。跨学科方法与循环和可持续生物经济的全球目标相一致，强调微生物学、化学、合成生物学和基因工程在释放木质素用于高价值化学品生产的全部潜力方面的重要性。充满希望的袁教授总结道：“有效利用木质素可以大大提高木质纤维素生物精炼厂的成本效益，从而实现更加可持续和循环的经济。”