大化所实现甲醇生物合成脂肪酸

    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。