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《中國煤化工》
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大化所實現甲醇生物合成脂肪酸
作者: | 來源:國家煤化工網 | 時間:2022-07-27

    7月24日,記者從中國科學院大連化學物理研究所了解到,該所周雍進研究員團隊在甲醇生物轉化研究方向取得新突破。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。傳統動植物油脂產量有限,難以滿足日益增長的需求,亟待發展油脂生產新技術。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,發現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。多組學技術鑒定發現,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。脂質組學分析發現,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;谏鲜霭l現,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,使漢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現了類似的現象。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,實現脂肪醇產量達2.0g克/升。

    上述研究工作已發表于《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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