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天津工業生物所等在乙酰輔酶A人工合成研究方面取得重大突破

  

  生物制造是我國綠色低碳循環經濟的重要組成部分,產值規模已近萬億。避免與民爭糧是生物制造可持續發展的根本保障。乙酰輔酶A既是絕大多數生物制造產品的前體,又是細胞生命中能量與物質代謝的樞紐,在生命代謝網絡中發揮舉足輕重的作用。中科院天津工業生物技術研究所江會鋒研究員團隊利用新酶設計技術創建了從甲醛到乙酰輔酶A合成的人工途徑,為開發新的生物制造原料提供了思路(圖1)。

  自然生物從原料到乙酰輔酶A往往需要經過8-10步以上的反應。本研究基于化學合成原理,從頭設計了羥基乙醛合酶和乙酰磷酸合酶,創建了一條從甲醛經3步反應合成乙酰輔酶A的非天然途徑(Synthetic Acetyl-CoA pathway: SACA途徑),利用體外酶催化、體內同位素標記、細胞生長等實驗,證明SACA途徑無論在體外還是體內,都可以有效地將一碳轉化成乙酰輔酶A,展示了合成生物學技術在突破自然進化限制方面的強大能力(圖2)。人工設計的SACA途徑突破了生物體固有代謝網絡限制,具有化學驅動力大、不需要能量輸入、與中心代謝正交和沒有碳損失等優點,是第一條乙酰輔酶A的人工生物合成途徑,也是迄今為止最短的乙酰輔酶A生物合成途徑,具有重大的科學意義和實用價值。

  該研究得到中科院重點部署項目“二氧化碳的人工生物轉化”以及科技部973和國家自然科學基金等科技項目的資助。相關結果2019年3月26日在線發表于國際學術期刊Nature Communications,題為“Constructing a Synthetic Pathway for Acetyl-Coenzyme A from One-Carbon through Enzyme Design”。中科院天津工業生物所助理研究員逯曉云、劉玉萬、博士研究生楊一群和上海科技大學王閃閃為該文共同第一作者。中科院天津工業生物技術研究所研究員江會鋒,山東大學劉永軍教授和中科院微生物所李寅研究員為共同通訊作者。

  文章鏈接 

圖1 一碳生物轉化新思路

圖2 SACA途徑的設計、構建與測試

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