天津北方网讯：通过合成生物学技术，为解决檀香资源稀缺问题提供创新方案。近日，中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称天津工业生物技术研究所）微生物代谢工程研究团队运用亚细胞区室工程策略，成功构建了高效生产檀香醇的酵母细胞工厂，在 5 升发酵罐中产量达到 10.4 g/L，创造了目前文献报道的最高产量纪录。该研究成果为解决檀香资源稀缺、供应不稳定问题提供了有效途径，为复杂植物天然产物的高效生物合成提供了新策略。

檀香精油，源于檀香木心材，因其深邃、温暖、持久的独特木质香气，被誉为 " 液体黄金 "。它是世界上天然香料之一，其核心价值成分檀香醇在香水、化妆品、医药等领域需求巨大。然而，檀香木生长缓慢，需要数十年才能成材，资源稀缺加上过度采伐导致其价格极其昂贵，市场价约为 2500 美元 / 公斤，且供应极不稳定。应对这一资源瓶颈，天津工业生物技术研究所通过聚焦过氧化物酶体的改造与利用，开发了 P450 酶过氧化物酶体表面展示技术，构建微生物 " 芳香本草细胞 "，成功解决了檀香醇合成途径中细胞色素 P450 酶的催化瓶颈。

研究团队首先利用过氧化物酶体靶向信号肽 ePTS1，将甲羟戊酸（MVA）途径和檀香醇合成途径的关键酶靶向定位至过氧化物酶体内部，使檀香烯及檀香醇总产量提升 5.1 倍，达到 0.9 g/L。然而，初期阶段檀香烯至檀香醇的转化率仅为 31.0%。团队发现 P450 酶因含有较长 N 端跨膜域无法被 C 端短肽 ePTS1 有效导入酶体基质。针对这一挑战，研究团队创新性地截断了该 P450 酶的跨膜域，并将其 C 端与过氧化物酶体膜蛋白 Pex15 的 C 端 68 个氨基酸（作为膜锚定单元）融合。这一策略成功实现了该 P450 酶在过氧化物酶体膜表面的精准定位，使檀香烯的转化率提升至 36.2%。在进一步工作中，团队为 P450 酶的膜表面展示提供了更大空间，增加了过氧化物酶体表面数量，成功将转化率进一步提升至 60.6%。最终，在 5 升发酵罐中进行补料分批发酵，檀香醇产量高达 10.4 g/L。这些研究发现为提高檀香心材中精油及其他次生代谢物的产量提供了新思路，为可持续的檀香油生产开辟了新途径，有望帮助缓解檀香树的过度采伐问题。

据悉，该研究工作得到国家重点研发计划、合成生物学海河实验室、天津市合成生物技术创新能力提升行动和国家自然科学基金等项目的资助。相关成果已发表于国际学术期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》，并申请多项专利。

近年来，天津港保税区大力支持生物制造行业发展，作为区域内具有代表性和发展潜力的重点单位之一，天津工业生物技术研究所不断凭借自主创新能力，以颠覆性技术创新推动生物制造底层核心使能技术的突破。下一步，保税区将进一步推动生物制造创新成果产业化应用实践，促进新产业、新模式、新动能加快落地，将生物制造产业打造成为区域经济阶跃式发展的绿色引擎。（津云新闻记者 赵颖妍）