生物製造是我國綠色低碳循環經濟的重要組成部分，避免與民爭糧是生物製造可持續發展的根本保障。乙醯輔酶A既是絕大多數生物製造產品的前體，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。中國科學院天津工業生物技術研究所研究員江會鋒團隊利用新酶設計技術創建了從甲醛到乙醯輔酶A合成的人工途徑，為開發新的生物製造原料提供了思路（圖1）。
自然生物從原料到乙醯輔酶A往往需要經過8-10步以上的反應。該研究基於化學合成原理，從頭設計了羥基乙醛合酶和乙醯磷酸合酶，創建了一條從甲醛經3步反應合成乙醯輔酶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醯輔酶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，是第一條乙醯輔酶A的人工生物合成途徑，也是迄今為止最短的乙醯輔酶A生物合成途徑，具有重要意義。
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3月26日在線發表於國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications），題為Constructing a Synthetic Pathway for Acetyl-Coenzyme A from One-Carbon through Enzyme Design。天津工生所助理研究員逯曉雲、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。天津工生所研究員江會鋒、山東大學教授劉永軍和中科院微生物研究所研究員李寅為共同通訊作者。
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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