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  • 資訊 > 市場(chǎng)動(dòng)態(tài) > β-苯乙醇高效生物制造獲得新進(jìn)展

    2025-09-01 來源:中國(guó)食品報(bào)
    日前,華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在β-苯乙醇(2-PE)高效生物制造方面取得創(chuàng)新研究成果。

    日前,華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)且產(chǎn)率低,尤其L-Phe存在時(shí)對(duì)其首末兩端關(guān)鍵酶表現(xiàn)出強(qiáng)烈的反饋抑制。因此,傳統(tǒng)研究通常單獨(dú)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(duì)基于原位分離系統(tǒng)的恒化培養(yǎng)平臺(tái),系統(tǒng)探索了艾氏途徑與從頭合成途徑協(xié)同運(yùn)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(zhǎng)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(zhǎng)速率。

      為實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用,團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)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(qiáng)烈的分流效應(yīng)。

      團(tuán)隊(duì)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(diǎn)。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(zhǎng)速率下實(shí)現(xiàn)了顯著的“并存”代謝狀態(tài)。在實(shí)際的補(bǔ)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(jī)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(jià)值。

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