7月24日獲悉，中國科學院大連化學物理研究所周雍進研究員團隊在甲醇生物轉化研究方向取得了新突破。研究團隊以甲醇酵母為細胞催化劑，通過結合適應性進化和理性代謝工程改造，實現(xiàn)了甲醇生物轉化高效合成脂肪酸衍生物，為甲醇生物轉化以及二氧化碳高值化轉化應用提供了新思路。
甲醇是理想的可再生原料，其能量密度較高、來源廣泛。脂肪酸衍生物是一類含氧量低、能量密度高、富含碳氫元素的天然可再生資源，是液體生物燃料、油脂化工品、食品和材料等生產的基礎原料。傳統(tǒng)動植物油脂產量有限，難以滿足日益增長的需求，亟待發(fā)展油脂生產新技術。甲醇生物轉化可建立不依賴于耕地的脂肪酸供給路線，但是由于微生物細胞中甲醇代謝復雜，難以實現(xiàn)其高效定向轉化。
周雍進介紹，研究團隊此前在改造以漢遜酵母合成脂肪酸過程中，發(fā)現(xiàn)工程菌株在甲醇中無法生長。隨后，研究團隊對菌株進行實驗室適應性馴化，獲得的菌株能夠在甲醇中正常生長且可高效生產脂肪酸。多組學技術鑒定發(fā)現(xiàn)，雙敲除菌株的兩個關鍵基因LPL1和IZH3，可以顯著緩解甲醇代謝壓力。脂質組學分析發(fā)現(xiàn)，產脂肪酸菌株磷脂的合成受阻，影響過氧化物酶體膜完整性，導致關鍵有毒中間體甲醛泄漏，引起細胞壞死。基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團隊在轉錄組學指導下，重排了細胞內全局代謝，強化了前體乙酰輔酶A和輔因子NADPH的供給，使?jié)h遜酵母以甲醇為唯一碳源合成了脂肪酸，產量為15.9克/升。
研究團隊在畢赤酵母中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。畢赤酵母在甲醇代謝過程中，甲醛的積累同樣影響甲醇生物轉化效率。他們通過優(yōu)化細胞中心代謝與輔因子再生過程、強化甲醇代謝路徑，大幅減少了甲醛積累，提高了脂肪酸產量，達到23.4克/升。研究團隊還采用代謝切換的策略，快速將脂肪酸生產菌株改造為脂肪醇細胞工廠，簡化了菌株構建過程，實現(xiàn)脂肪醇產量達2.0g克/升。
上述研究工作已發(fā)表于《自然-代謝》以及《美國科學院院刊》。韓國慶熙大學生物化工學者Eun-Yeol Lee教授認為，該項研究強化了甲醇耐受性，實現(xiàn)了甲醇高效轉化合成脂肪酸，將為未來油脂化學品和生物燃料供應提供潛在供應路線。中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉指出，該研究將甲醇轉化成脂肪酸衍生物，是推動二氧化碳轉化利用的“橋梁與紐帶”。中國科學院院士、天津大學副校長元英進指出，該研究將生物煉制底物譜從傳統(tǒng)的糖類原料拓展到可再生原料甲醇，是合成生物學使能技術的成功應用。
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