用于合成天然萜类化合物的创新光驱动酶生物系统

在最近的一项研究中，来自中国的研究人员开发了一种光驱动体外酶促系统，可从甲醇中生产有用的天然萜类化合物α-法呢烯。通过优化和耦合十三种生物催化反应，并利用天然类囊体膜，他们以甲醇和乙醇醛为原料实现了α-法呢烯的大量生产。该方法为合成有价值的萜类化合物提供了一种有前途的绿色替代方法，凸显了其在未来可持续生化生产平台中的潜力。

萜类化合物，例如α-法呢烯，是广泛用于调味剂、香料甚至生物燃料的天然化合物。传统上，α-法呢烯是从植物中提取的，因此其生产可能存在产量低、纯度低的问题，无法满足人类使用的标准。化学合成方法可以解决上述问题，但可能具有挑战性且对环境有害。使用蓝藻和大肠杆菌等工程微生物的替代方法提供了从可再生资源生产α-法呢烯并应对这些挑战的有希望的方法。

在这方面，由天津科技大学和中国科学院的朱志光教授领导的一组研究人员开发了一种利用甲醇和光生产α-法呢烯的创新方法。他们的研究结果(doi：10.34133/bdr.0039)于2024年6月21日发表在《生物设计研究》 上，与传统方法相比，有望实现一种环保高效的α-法呢烯生产工艺。

这种创新方法的关键在于使用类囊体膜，类囊体膜是植物细胞的组成部分，在光合作用和产生能量中起着至关重要的作用。通过利用这些天然膜，研究人员能够创建一个系统，模仿植物将光能转化为化学能的方式，但产生的是α-法呢烯。朱教授解释说：

“我们的研究提出了一种基于体外酶级联反应合成α-法呢烯的途径，使用甲醇作为廉价且可再生的碳1(C1)底物。 ”

新工艺涉及一系列13种酶驱动的反应，分为两个模块，与类囊体膜集成为光动力引擎，将甲醇转化为α-法呢烯。这些膜有助于再生三磷酸腺苷和酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氢，它们是酶促反应所需的能量分子。光的使用不仅使该过程更可持续，而且更有效率。

所开发的方法不仅利用了可再生资源，还展示了可扩展工业应用的潜力。通过优化酶、类囊体膜和其他辅因子的浓度，研究人员能够实现 α-法呢烯的大量产量，使该方法成为当前生产技术的可行替代方案。此外，该系统在不同光照条件下的稳健性凸显了其适应性。

“这项研究可以为开发光驱动的体外生物合成平台提供一种有前途的策略，以生产更多由 C1 底物合成的天然化合物，”朱教授指出，并进一步指出，“这一方向表明了未来 C1 利用和设计用于多种萜烯的光合细胞工厂的潜力”。

未来的改进将旨在提高萜烯类化合物的生产效率和产量，标志着可持续工业实践的重大进步。通过利用光的力量和使用可再生资源，这项研究扩大了以既环保又经济可行的方式生产有价值的天然化合物的可能性。

此外，这项研究强调了创新科学方法应对实际挑战的潜力，同时强调了可持续性在工业过程中的重要性。随着各行各业越来越多地寻求更环保的替代品，像这样的方法对于减少环境影响和促进可持续发展变得至关重要，同时也为未来天然化合物合成的创新树立了先例。

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