中國科學院大連化學物理研究所實現了脂肪酸的甲醇生物合成
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7月24日，從中國科學院大連化學物理研究獲悉，周雍進研究員的研究團隊在甲醇生物轉化的研究方向上取得了新的突破。研究團隊以甲醇酵母為細胞催化劑，通過適應性進化和合理的代謝工程轉化相結合，實現了甲醇生物轉化高效合成脂肪酸衍生物，為甲醇生物轉化和二氧化碳高價值轉化的應用提供了新思路。
甲醇是一種能源密度高、來源廣的理想可再生原料。脂肪酸衍生物是一種含氧量低、能量密度高、烴類元素豐富的天然可再生資源。它們是生產液體生物燃料、石油化學品、食品和材料的基本原料。傳統動植物油產量有限，難以滿足日益增長的需求。迫切需要開發新的采油技術。甲醇生物轉化可以建立一條不依賴耕地的脂肪酸供應途徑，但由于甲醇在微生物細胞中的代謝復雜，很難實現其高效定向轉化。
周雍進說，研究小組此前發現，在將漢森酵母轉化為合成脂肪酸的過程中，工程菌不能在甲醇中生長。隨后，研究團隊在實驗室對該菌株進行了馴化，獲得的菌株可以在甲醇中正常生長并高效生產脂肪酸。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，脂肪酸產生菌的磷脂合成受阻，影響過氧化物酶體膜的完整性，導致關鍵有毒中間體甲醛泄漏，導致細胞壞死?；谏鲜霭l現，在轉錄組學的指導下，研究團隊重新安排了細胞內的整體代謝，加強了前體乙酰輔酶A和輔助因子NADPH的供應，并使漢森酵母能夠以甲醇為唯一碳源合成脂肪酸，產率為15.9g/L。
研究小組在畢赤酵母中也發現了類似的現象。在甲醇代謝過程中，甲醛的積累也會影響甲醇的生物轉化效率。通過優化細胞中心的代謝和輔助因子再生過程，并加強甲醇代謝途徑，它們顯著減少了甲醛的積累，并將脂肪酸的產量提高到23.4g/L。研究團隊還采用了代謝轉換策略，將脂肪酸生產菌株快速轉化為脂肪醇細胞工廠，簡化了菌株構建過程，實現了2.0g/l的脂肪醇生產。
上述研究工作已發表在《自然-代謝》和《美國科學院學報》上。韓國京畿大學的生物化學家Eun-Yeol Lee教授認為，這項研究增強了對甲醇的耐受性，實現了甲醇向脂肪酸的高效轉化，這將為未來石油化學品和生物燃料的供應提供一條潛在的供應途徑。中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉指出，本研究將甲醇轉化為脂肪酸衍生物，是促進二氧化碳轉化利用的“橋梁和紐帶”。中科院院士、天津大學副校長元英進指出，該研究將生物精制的底物譜從傳統的糖原料擴展到可再生原料甲醇，是合成生物使能技術的成功應用。
