新机制提高生物法合成萜烯类化合物产量

萜烯广泛用于食品、医药、化妆品、香料、生物控制等行业。近年来，加氢产品在生物燃料领域的潜在应用价值越来越受到重视。最近，中国科学院青岛生物能源与工艺研究所生物基材料组精细化学品研究组在这一领域取得了进展，相关成果发表在《生物燃料技术》上。

该研究团队长期从事萜类化合物的生物合成研究，并在蒎烯、圆柏烯、萜品烯等化合物的生物合成方面取得了一系列重要进展。

研究人员通过基因组重测序、转录组测序、反向工程验证和其他手段揭示了与耐受性改善相关的关键途径和基因。首次发现了与大肠杆菌对沙宾烯的耐受性相关的三个基因:ybcK、ygiZ和scpA。本工作的研究策略和结果为其他萜类化合物的生物合成研究提供了重要的参考。

萜烯类化合物的传统生产方法是从天然植物中提取或化学合成，但这两种方法都存在产量低、能耗高、操作过程复杂、易污染等问题。随着合成生物学的发展和开发绿色能源的迫切需要，从工程微生物和可再生糖中生产萜类化合物已经成为一个新的研究热点。

通过生物方法合成的萜烯化合物的产量主要受两个因素影响:合成途径中的基因表达和宿主对产物的耐受性。以前的研究主要集中在合成途径中基因的修饰，而对宿主细胞产物耐受性的研究相对较少。为了解决上述问题，研究人员首先逐步提高培养基中外源圆柏烯的浓度，并对宿主细胞进行定向驯化，获得一株能耐受高浓度圆柏烯的大肠杆菌驯化菌株。以该菌株为宿主合成圆柏烯，其产量达到191.76 mg/L，是未培养菌株的8.43倍，是目前已知的大肠杆菌合成圆柏烯产量最高的报道。

这项工作得到了中国科学院青年创新促进会、山东省人才工程、海南省重点研发计划和两个整合基金的支持。

相关论文信息:https://doi.org/10.1186/s13068-020-01715-x