在大肠杆菌中从头生物合成3-苯丙醇

3-苯丙醇是一种具有芳香味的高价值香料，在医药、化妆品、食品等领域有广泛用途，是生产多种药品和化学品的重要前体。其目前的生产方法主要依赖于植物提取和化学合成，存在产物得率低、生产周期长和环境不友好等缺点。为解决这些问题，构建微生物细胞工厂利用可再生资源合成3-苯丙醇具有重要的意义。

研究方法

北京化工大学的高虎涛等人通过将目标化合物与微生物自身代谢网络建立联系，基于底物或中间体与产物的结构类似性以及化合物间的基团转移关系，设计并构建了两条不同的3-苯丙醇的人工生物合成途径。其中，依赖羧酸还原酶的苯丙醇生物合成途径具有较高的生产效率。在大肠杆菌中实现了以甘油为碳源，从头生物合成3-苯丙醇，产量达91 mg/L。通过消除限速步骤，增加莽草酸途径碳通量以及敲除竞争途径等代谢工程策略的实施，将苯丙醇的产量提高到了841 mg/L，较初始菌株产量提高了9.2倍，为苯丙醇的绿色、可持续、大规模生产提供了基础。

研究意义

在过去的几十年中，利用微生物作为平台菌生产高附加值化合物的绿色生产方式已逐渐替代利用石油基合成化合物的高风险、高污染的方式。随着科学工作者对各种微生物系统、深入且明晰的研究以及基因编辑方法、高通量筛选方法的不断成熟，改造微生物使其利用廉价碳原料合成高附加值化学品的合成生物学已经广泛用于医疗、食品、化妆品、化学品、环境保护等重要领域，中国“十三五”规划中明确把合成生物学作为重点创新发展领域。到2030年，将基本形成比较完整的合成生物技术创新体系，合成生物产业初具规模，国际竞争力大幅提升。

高虎涛等人以合成生物学和代谢工程学的理论为基础设计了两种3-苯丙醇的合成方式，这两种合成方式共享同样的上游代谢途径，即以甘油为基本碳源，经糖异生途径和磷酸戊糖途径分别生成重要前体磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和D-赤藓糖-4-磷酸（E4P），经DAHP合酶催化合成莽草酸途径的第一个化合物3-脱氧-D-阿拉伯糖庚酸七磷酸酯。通过调控基因表达、削弱竞争途径、调节碳流量分配等方式，不断改善菌株的生产性能，最终实现3-苯丙醇的高产。

参考文献

[1] 高虎涛, 王佳, 孙新晓, 申晓林, 袁其朋. 在大肠杆菌中从头生物合成3-苯丙醇[J]. 合成生物学, 2021, 2(6): 1046-1060.