随着代谢工程复杂性的增加，基因表达的精准调控在生物制造中变得愈发关键。相较于组成型表达系统，诱导型系统能够动态控制基因的表达，在遗传电路设计、活细胞调控以及重组蛋白、生物聚合物和平台化学品等工业产品的生产等方面展现出重要价值。尽管现有的诱导表达系统在模式生物中已有广泛应用，但适用于非模式微生物和嗜热微生物的仍然较少。

热纤梭菌是一种嗜热厌氧的木质纤维素分解细菌，最适生长温度为60℃。它能通过独特的代谢途径将纤维素生物转化为乙醇、氢气和多种有机酸等能源化合物，在整合生物加工（CBP, consolidated bioprocessing）和整合生物糖化（CBS, consolidated bio-saccharification）方面极具潜力。研究人员致力于对热纤梭菌进行遗传与代谢工程改造，以获得既能高效降解植物生物质又能高产工业相关化学品的菌株。但热纤梭菌现有的诱导表达系统动态范围较低，诱导剂昂贵或不稳定，限制了热纤梭菌的代谢工程开发。

针对这一问题，青岛能源所先进生物炼制与合成研究组成功开发了适用于热纤梭菌的嗜热型l-阿拉伯糖诱导表达系统ThermoARAi。该系统具有高动态范围、低泄露表达、高诱导剂特异性、对宿主无毒性、诱导剂成本低廉等优点。通过使用来自于生长温度相同的嗜热地芽孢杆菌阿拉伯聚糖利用基因簇中的阻遏蛋白和启动子元件，并引入来自超嗜热古菌的β葡萄糖醛酸酶基因作为报告基因，准确测定了诱导系统的泄露表达情况。经过系统的启动子优化、诱导剂浓度和诱导时间优化，ThermoARAi系统的本底泄露显著降低，动态范围从初始的约5倍提升至最高可达175倍。同时，ThermoARAi还展现出高度的诱导剂特异性、持续稳定性以及对宿主低毒性等优良特性。基于该系统，研究人员成功在热纤梭菌中实现了可诱导调控的纤维素全细胞糖化和无定形PET塑料薄片的降解过程。

该研究为热纤梭菌的基因表达精准调控与深入代谢工程改造提供了关键工具，将有助于推动热纤梭菌在生物质能源与生物技术中的应用，同时也为其他非模式微生物的诱导表达系统开发提供了新的范例。

图1 热纤梭菌嗜热诱导表达系统ThermoARAi的开发、优化与应用

相关研究成果以“Development of a thermophilic l-arabinose-inducible system in Acetivibrio thermocellus (Clostridium thermocellum)”为题发表于Metabolic Engineering，博士研究生刘凤华为文章第一作者，冯银刚研究员为论文的通讯作者，相关技术已申请国家发明专利一项。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院国际合作项目等的支持。（文/图 刘凤华）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2025.09.008

Liu, F., Chen, C., Liu, Y.-J., Bayer, E.A., Mizrahi, I., Feng, Y., Development of a thermophilic l-arabinose-inducible system in Acetivibrio thermocellus (Clostridium thermocellum), Metabolic Engineering (2025) DOI: 10.1016/j.ymben.2025.09.008.