12 月 9 日消息，中國科學院深圳先進技術研究院研究團隊繼 2022 年將二氧化碳還原合成葡萄糖和脂肪酸之后，在人工合成糖類衍生物領域又取得重要突破。

相關成果于 12 月 5 日發表在《Nature Catalysis》期刊上。

研究團隊利用合成生物學和代謝工程手段開發出酵母細胞平臺，將甲醇、乙醇、異丙醇等二氧化碳衍生的低碳化合物，轉換為葡萄糖、肌醇、氨基葡萄糖、蔗糖和淀粉等糖及糖衍生物。

科研團隊使用低碳化合物 C1-3 作為發酵原料，為微生物可持續生產食品及化學品提供了一種具有無限潛能的解決方案。

在該研究中，團隊首先通過分析酵母對不同低碳化合物的利用情況，構建了更廣碳源范圍的酵母工廠。

團隊然后調控碳源的混合使用以及比例，進一步提高了酵母細胞生長和葡萄糖產量。

科學團隊利用工程畢赤酵母，能夠高效地將甲醇（C1）轉化為葡萄糖，其搖瓶產量可達到每升 1.08 克，發酵罐產量達到了每升 13.41 克。

研究團隊以乙醇、甲醇、異丙醇和甘油為碳源，進一步拓展了碳水化合物的多樣性，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。

通過代謝工程手段和異源合成途徑的進入，獲得工程酵母能成功地將低碳化合物轉化為單糖木糖、木糖醇、肌醇和氨基葡萄糖。其中肌醇和氨基葡萄糖的最高搖瓶產量分別達到了 228.71mg / L 和 69.99 mg / L。

除了單糖，研究人員還實現更高碳含量的二糖的合成。在該研究中，通過引入集胞藻的蔗糖合成途徑和強化內源代謝流，獲得的工程菌株能高效地利用低碳化合物為碳源合成蔗糖，在此基礎上，通過表達蔗糖轉運蛋白，實現了蔗糖的分泌生產，其搖瓶產量可達到 1.17g / L，發酵產量可達到 25.41 g / L。

更令人興奮的是，研究人員實現了我們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。該研究通過引入兩條淀粉合成途徑和調控內源糖原合成及降解途徑，打通了從低碳化合物合成淀粉的合成路徑，其搖瓶產量可達到 341.59mg / L。這些研究成果實現微生物的“農業生產”。 

附上論文參考地址：

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備糧食化合物

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總結

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