中化新网讯
7月24日,记者从中国科学院大连化学物理研究所了解到,该所周雍进研究员团队在甲醇生物转化研究方向取得新突破。研究团队以甲醇酵母为细胞催化剂,通过结合适应性进化和理性代谢工程改造,实现了甲醇生物转化高效合成脂肪酸衍生物,为甲醇生物转化以及二氧化碳高值化转化应用提供了新思路。
甲醇是理想的可再生原料,其能量密度较高、来源广泛。脂肪酸衍生物是一类含氧量低、能量密度高、富含碳氢元素的天然可再生资源,是液体生物燃料、油脂化工品、食品和材料等生产的基础原料。传统动植物油脂产量有限,难以满足日益增长的需求,亟待发展油脂生产新技术。甲醇生物转化可建立不依赖于耕地的脂肪酸供给路线,但是由于微生物细胞中甲醇代谢复杂,难以实现其高效定向转化。
周雍进介绍,研究团队此前在改造以汉逊酵母合成脂肪酸过程中,发现工程菌株在甲醇中无法生长。随后,研究团队对菌株进行实验室适应性驯化,获得的菌株能够在甲醇中正常生长且可高效生产脂肪酸。多组学技术鉴定发现,双敲除菌株的两个关键基因LPL1和IZH3,可以显著缓解甲醇代谢压力。脂质组学分析发现,产脂肪酸菌株磷脂的合成受阻,影响过氧化物酶体膜完整性,导致关键有毒中间体甲醛泄漏,引起细胞坏死。基于上述发现,研究团队在转录组学指导下,重排了细胞内全局代谢,强化了前体乙酰辅酶A和辅因子NADPH的供给,使汉逊酵母以甲醇为唯一碳源合成了脂肪酸,产量为15.9克/升。
研究团队在毕赤酵母中也发现了类似的现象。毕赤酵母在甲醇代谢过程中,甲醛的积累同样影响甲醇生物转化效率。他们通过优化细胞中心代谢与辅因子再生过程、强化甲醇代谢路径,大幅减少了甲醛积累,提高了脂肪酸产量,达到23.4克/升。研究团队还采用代谢切换的策略,快速将脂肪酸生产菌株改造为脂肪醇细胞工厂,简化了菌株构建过程,实现脂肪醇产量达2.0g克/升。
上述研究工作已发表于《自然-代谢》以及《美国科学院院刊》。韩国庆熙大学生物化工学者Eun-Yeol Lee教授认为,该项研究强化了甲醇耐受性,实现了甲醇高效转化合成脂肪酸,将为未来油脂化学品和生物燃料供应提供潜在供应路线。中国工程院院士、北京化工大学校长谭天伟指出,该研究将甲醇转化成脂肪酸衍生物,是推动二氧化碳转化利用的“桥梁与纽带”。中国科学院院士、天津大学副校长元英进指出,该研究将生物炼制底物谱从传统的糖类原料拓展到可再生原料甲醇,是合成生物学使能技术的成功应用。
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