7月24日，記者從中國科學院大連化學物理研究所了解到，該所周雍進研究員團隊在甲醇生物轉(zhuǎn)化研究方向取得新突破。研究團隊以甲醇酵母為細胞催化劑，通過結(jié)合適應性進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、富含碳氫元素的天然可再生資源，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，但是由于微生物細胞中甲醇代謝復雜，難以實現(xiàn)其高效定向轉(zhuǎn)化。

    周雍進介紹，研究團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，研究團隊對菌株進行實驗室適應性馴化，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。多組學技術(shù)鑒定發(fā)現(xiàn)，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(zhì)組學分析發(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，導致關鍵有毒中間體甲醛泄漏，引起細胞壞死。基于上述發(fā)現(xiàn)，研究團隊在轉(zhuǎn)錄組學指導下，重排了細胞內(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，達到23.4克/升。研究團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胞工廠，簡化了菌株構(gòu)建過程，實現(xiàn)脂肪醇產(chǎn)量達2.0g克/升。

    上述研究工作已發(fā)表于《自然-代謝》以及《美國科學院院刊》。韓國慶熙大學生物化工學者Eun-Yeol Lee教授認為，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，將為未來油脂化學品和生物燃料供應提供潛在供應路線。中國工程院院士、北京化工大學校長譚天偉指出，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”。中國科學院院士、天津大學副校長元英進指出，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，是合成生物學使能技術(shù)的成功應用。