实现微生物的“农业生产”，我国人工合成糖类衍生物领域取得重大突破

CTOnews.com 12 月 9 日消息，中国科学院深圳先进技术研究院研究团队继 2022 年将二氧化碳还原合成葡萄糖和脂肪酸之后，在人工合成糖类衍生物领域又取得重要突破。

相关成果于 12 月 5 日发表在《Nature Catalysis》期刊上。

研究团队利用合成生物学和代谢工程手段开发出酵母细胞平台，将甲醇、乙醇、异丙醇等二氧化碳衍生的低碳化合物，转换为葡萄糖、肌醇、氨基葡萄糖、蔗糖和淀粉等糖及糖衍生物。

科研团队使用低碳化合物 C1-3 作为发酵原料，为微生物可持续生产食品及化学品提供了一种具有无限潜能的解决方案。

在该研究中，团队首先通过分析酵母对不同低碳化合物的利用情况，构建了更广碳源范围的酵母工厂。

团队然后调控碳源的混合使用以及比例，进一步提高了酵母细胞生长和葡萄糖产量。

科学团队利用工程毕赤酵母，能够高效地将甲醇（C1）转化为葡萄糖，其摇瓶产量可达到每升 1.08 克，发酵罐产量达到了每升 13.41 克。

研究团队以乙醇、甲醇、异丙醇和甘油为碳源，进一步拓展了碳水化合物的多样性，包括五碳糖木糖、木糖醇，六碳糖化合物肌醇、氨基葡萄糖，二糖化合物蔗糖和多糖化合物淀粉。

通过代谢工程手段和异源合成途径的进入，获得工程酵母能成功地将低碳化合物转化为单糖木糖、木糖醇、肌醇和氨基葡萄糖。其中肌醇和氨基葡萄糖的最高摇瓶产量分别达到了 228.71mg / L 和 69.99 mg / L。

除了单糖，研究人员还实现更高碳含量的二糖的合成。在该研究中，通过引入集胞藻的蔗糖合成途径和强化内源代谢流，获得的工程菌株能高效地利用低碳化合物为碳源合成蔗糖，在此基础上，通过表达蔗糖转运蛋白，实现了蔗糖的分泌生产，其摇瓶产量可达到 1.17g / L，发酵产量可达到 25.41 g / L。

更令人兴奋的是，研究人员实现了我们生活中方方面面都涉及到的淀粉的微生物合成，其重要性不言而喻。该研究通过引入两条淀粉合成途径和调控内源糖原合成及降解途径，打通了从低碳化合物合成淀粉的合成路径，其摇瓶产量可达到 341.59mg / L。这些研究成果实现微生物的"农业生产"。

CTOnews.com附上论文参考地址：

Tang, H., Wu, L., Guo, S. et al. Metabolic engineering of yeast for the production of carbohydrate-derived foods and chemicals from C1-3 molecules. Nat Catal (2023). https://doi.org/10.1038/s41929-023-01063-7

Nature Catalysis | 二氧化碳衍生的低碳原料制备粮食化合物