用于合成天然萜类化合物的创新光驱动酶生物系统

萜类化合物，如α-法尼烯，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-法尼烯是从植物中提取的，因此它们的生产可能产量低、纯度低，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，但可能具有挑战性并对环境有害。使用蓝藻和大肠杆菌等工程微生物的替代方法为从可再生资源生产α-法尼烯提供了很有前途的方法，并解决了这些挑战

在这方面，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-法尼烯的创新方法

他们的研究结果于2024年6月21日发表在《生物设计研究》杂志上，与传统方法相比，有望实现一种环保高效的α-法尼烯生产工艺

这一创新方法的关键在于使用类囊体膜，类囊体是植物细胞的组成部分，在光合作用和创造能量方面发挥着至关重要的作用。通过使用这些天然膜，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，但用于生产α-法尼烯

朱教授解释道：“我们的研究提供了一种基于体外酶级联反应合成α-法尼烯的途径，该反应使用甲醇作为廉价可再生的碳1（C1）底物。”新工艺包括一系列13个酶驱动的反应，分为两个模块，与类囊体膜集成，作为一个轻型发动机，将甲醇转化为α-法恩烯。这些膜有助于再生三磷酸腺苷和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氢，这是酶反应所需的能量分子。光的使用不仅使这一过程更加可持续，而且效率也更高

所开发的方法不仅利用了可再生资源，而且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，研究人员能够获得显著的α-法尼烯产量，使这种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突出了其适应性

朱教授指出：“这项研究可以为开发光动力体外生物合成平台提供一个很有前途的策略，以生产更多由C1底物合成的天然化合物。”他进一步指出，“这一方向表明了C1利用和各种萜烯的光合细胞工厂工程的未来潜力。”。通过利用光的力量和使用可再生资源，这项研究扩大了以环境友好和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

随着行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至关重要，同时为未来天然化合物合成的创新开创了先例 More information: Xinyue Gui et al, A light-driven in vitro enzymatic biosystem for α-farnesene synthesis from methanol, BioDesign Research (2024). DOI: 10.34133/bdr.0039