7月24日，記者從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所了解到，該所周雍進(jìn)研究員團(tuán)隊在甲醇生物轉(zhuǎn)化研究方向取得新突破。研究團(tuán)隊以甲醇酵母為細(xì)胞催化劑，通過結(jié)合適應(yīng)性進(jìn)化和理性代謝工程改造，實現(xiàn)了甲醇生物轉(zhuǎn)化高效合成脂肪酸衍生物，為甲醇生物轉(zhuǎn)化以及二氧化碳高值化轉(zhuǎn)化應(yīng)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?xì)湓氐奶烊豢稍偕Y源，是液體生物燃料、油脂化工品、食品和材料等生產(chǎn)的基礎(chǔ)原料。傳統(tǒng)動植物油脂產(chǎn)量有限，難以滿足日益增長的需求，亟待發(fā)展油脂生產(chǎn)新技術(shù)。甲醇生物轉(zhuǎn)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(xì)胞中甲醇代謝復(fù)雜，難以實現(xiàn)其高效定向轉(zhuǎn)化。
周雍進(jìn)介紹，研究團(tuán)隊此前在改造以漢遜酵母合成脂肪酸過程中，發(fā)現(xiàn)工程菌株在甲醇中無法生長。隨后，研究團(tuán)隊對菌株進(jìn)行實驗室適應(yīng)性馴化，獲得的菌株能夠在甲醇中正常生長且可高效生產(chǎn)脂肪酸。多組學(xué)技術(shù)鑒定發(fā)現(xiàn)，雙敲除菌株的兩個關(guān)鍵基因LPL1和IZH3，可以顯著緩解甲醇代謝壓力。脂質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)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(dǎo)致關(guān)鍵有毒中間體甲醛泄漏，引起細(xì)胞壞死�；谏鲜霭l(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊在轉(zhuǎn)錄組學(xué)指導(dǎo)下，重排了細(xì)胞內(nèi)全局代謝，強化了前體乙酰輔酶A和輔因子NADPH的供給，使?jié)h遜酵母以甲醇為唯一碳源合成了脂肪酸，產(chǎn)量為15.9克/升。
研究團(tuán)隊在畢赤酵母中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)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(zhuǎn)化效率。他們通過優(yōu)化細(xì)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(chǎn)量，達(dá)到23.4克/升。研究團(tuán)隊還采用代謝切換的策略，快速將脂肪酸生產(chǎn)菌株改造為脂肪醇細(xì)胞工廠，簡化了菌株構(gòu)建過程，實現(xiàn)脂肪醇產(chǎn)量達(dá)2.0g克/升。
上述研究工作已發(fā)表于《自然-代謝》以及《美國科學(xué)院院刊》。韓國慶熙大學(xué)生物化工學(xué)者Eun-Yeol Lee教授認(rèn)為，該項研究強化了甲醇耐受性，實現(xiàn)了甲醇高效轉(zhuǎn)化合成脂肪酸，將為未來油脂化學(xué)品和生物燃料供應(yīng)提供潛在供應(yīng)路線。中國工程院院士、北京化工大學(xué)校長譚天偉指出，該研究將甲醇轉(zhuǎn)化成脂肪酸衍生物，是推動二氧化碳轉(zhuǎn)化利用的“橋梁與紐帶”。中國科學(xué)院院士、天津大學(xué)副校長元英進(jìn)指出，該研究將生物煉制底物譜從傳統(tǒng)的糖類原料拓展到可再生原料甲醇，是合成生物學(xué)使能技術(shù)的成功應(yīng)用。