3-苯丙醇是一種具有芳香味的高價值香料，在醫(yī)藥、化妝品、食品等領域有廣泛用途，是生產多種藥品和化學品的重要前體。其目前的生產方法主要依賴于植物提取和化學合成，存在產物得率低、生產周期長和環(huán)境不友好等缺點。為解決這些問題，構建微生物細胞工廠利用可再生資源合成3-苯丙醇具有重要的意義。

研究方法

北京化工大學的高虎濤等人通過將目標化合物與微生物自身代謝網絡建立聯系，基于底物或中間體與產物的結構類似性以及化合物間的基團轉移關系，設計并構建了兩條不同的3-苯丙醇的人工生物合成途徑。其中，依賴羧酸還原酶的苯丙醇生物合成途徑具有較高的生產效率。在大腸桿菌中實現了以甘油為碳源，從頭生物合成3-苯丙醇，產量達91 mg/L。通過消除限速步驟，增加莽草酸途徑碳通量以及敲除競爭途徑等代謝工程策略的實施，將苯丙醇的產量提高到了841 mg/L，較初始菌株產量提高了9.2倍，為苯丙醇的綠色、可持續(xù)、大規(guī)模生產提供了基礎。

研究意義

在過去的幾十年中，利用微生物作為平臺菌生產高附加值化合物的綠色生產方式已逐漸替代利用石油基合成化合物的高風險、高污染的方式。隨著科學工作者對各種微生物系統(tǒng)、深入且明晰的研究以及基因編輯方法、高通量篩選方法的不斷成熟，改造微生物使其利用廉價碳原料合成高附加值化學品的合成生物學已經廣泛用于醫(yī)療、食品、化妝品、化學品、環(huán)境保護等重要領域，中國“十三五”規(guī)劃中明確把合成生物學作為重點創(chuàng)新發(fā)展領域。到2030年，將基本形成比較完整的合成生物技術創(chuàng)新體系，合成生物產業(yè)初具規(guī)模，國際競爭力大幅提升。

高虎濤等人以合成生物學和代謝工程學的理論為基礎設計了兩種3-苯丙醇的合成方式，這兩種合成方式共享同樣的上游代謝途徑，即以甘油為基本碳源，經糖異生途徑和磷酸戊糖途徑分別生成重要前體磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和D-赤蘚糖-4-磷酸（E4P），經DAHP合酶催化合成莽草酸途徑的第一個化合物3-脫氧-D-阿拉伯糖庚酸七磷酸酯。通過調控基因表達、削弱競爭途徑、調節(jié)碳流量分配等方式，不斷改善菌株的生產性能，最終實現3-苯丙醇的高產。

參考文獻

[1] 高虎濤, 王佳, 孫新曉, 申曉林, 袁其朋. 在大腸桿菌中從頭生物合成3-苯丙醇[J]. 合成生物學, 2021, 2(6): 1046-1060.