日前，華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院研究團(tuán)隊在β-苯乙醇（2-PE）高效生物制造方面取得創(chuàng)新研究成果。

　　該研究首次提出打破2-PE理論轉(zhuǎn)化率上限的新策略，為推動其綠色生物合成向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用邁進(jìn)提供了重要理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。2-PE是僅次于香蘭素的全球第二大香料物質(zhì)，因優(yōu)雅的玫瑰香氣及良好的生物活性，在食品和醫(yī)療保健領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前商業(yè)化2-PE主要依靠化學(xué)合成，難以滿足日益增長的天然產(chǎn)品需求。釀酒酵母天然存在艾氏途徑和從頭合成途徑兩種合成2-PE的代謝路徑。艾氏途徑雖高效，但必須以昂貴的L-苯丙氨酸（L-Phe）為唯一氮源，且缺乏經(jīng)濟(jì)的替代物。從頭合成途徑利用糖酵解產(chǎn)物磷酸烯醇式丙酮酸及戊糖途徑產(chǎn)物4-磷酸赤蘚糖作為前體，經(jīng)莽草酸途徑接入艾氏途徑完成2-PE合成。然而，該途徑路線漫長且產(chǎn)率低，尤其L-Phe存在時對其首末兩端關(guān)鍵酶表現(xiàn)出強烈的反饋抑制。因此，傳統(tǒng)研究通常單獨優(yōu)化其中一條途徑，以避免發(fā)生相互抑制效應(yīng)。

　　該團(tuán)隊基于原位分離系統(tǒng)的恒化培養(yǎng)平臺，系統(tǒng)探索了艾氏途徑與從頭合成途徑協(xié)同運作（“并存”代謝狀態(tài)）的具體條件。結(jié)果表明，“并存”代謝狀態(tài)在較高比生長速率下出現(xiàn)，且該閾值超過了工業(yè)生產(chǎn)中為避免乙醇生成所需控制的臨界比生長速率。

　　為實現(xiàn)實際應(yīng)用，團(tuán)隊通過基于酶約束全基因組代謝網(wǎng)絡(luò)模型的通量分析，揭示了低比生長速率下難以出現(xiàn)“并存”代謝的關(guān)鍵因素：輔酶NADH供應(yīng)不足，限制了L-Phe向2-PE的完全轉(zhuǎn)化；L-酪氨酸途徑存在強烈的分流效應(yīng)。

　　團(tuán)隊結(jié)合相關(guān)酶的轉(zhuǎn)錄與蛋白水平分析，確定了調(diào)控“并存”狀態(tài)的關(guān)鍵位點。通過敲弱L-酪氨酸合成第一步關(guān)鍵酶，并過表達(dá)線粒體異檸檬酸脫氫酶亞基以提高胞內(nèi)NADH供應(yīng)，成功在臨界比生長速率下實現(xiàn)了顯著的“并存”代謝狀態(tài)。在實際的補料分批發(fā)酵過程中，該工程菌株的快速合成期轉(zhuǎn)化率提升，最終產(chǎn)量達(dá)到12.1克/升，位居釀酒酵母2-PE生產(chǎn)的領(lǐng)先水平。

　　該研究不僅為突破2-PE綠色合成過程中的效率瓶頸提供了新思路，也為多途徑協(xié)同合成機制研究奠定了理論基礎(chǔ)，具有重要的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價值。