許平研究團(tuán)隊(duì)在利用CO2合成植物天然產(chǎn)物研究中獲突破性進(jìn)展
?????? 早在100多年前，光化學(xué)之父Giacomo Ciamician提出真正的綠色合成是采用類似植物的方式來生產(chǎn)化學(xué)物質(zhì)，然而到底如何實(shí)現(xiàn)這樣的綠色合成，尤其是植物天然產(chǎn)物的綠色合成，困擾了學(xué)界多年。近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室許平團(tuán)隊(duì)在利用CO2生產(chǎn)植物天然產(chǎn)物的合成生物學(xué)研究中獲突破性進(jìn)展，英國皇家化學(xué)會的著名新聞刊物Chemistry World以“Bacteria seeded with synthetic pathways”為題專門報(bào)道了這項(xiàng)開創(chuàng)性的研究（http://www.rsc.org/chemistryworld/2016/04/bacteria-living-chemical-synthesis）。
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?????? 藍(lán)藻具有與植物葉綠體相近的光合組分，使得其成為表達(dá)外源植物基因的理想宿主。許平團(tuán)隊(duì)對聚球藻PCC7942進(jìn)行了遺傳改造，使其含有植物源酶，獲得了一批可以生產(chǎn)系列苯丙烷類化合物的工程菌株。苯丙烷類化合物對植物至關(guān)重要，可以防護(hù)紫外線和防御病原菌。其中，當(dāng)重組藍(lán)藻表達(dá)酪氨酸解氨酶、對香豆酸CoA合酶以及芪合酶時(shí)，可以產(chǎn)生白藜蘆醇。這種物質(zhì)多見于葡萄皮和其他漿果類，可以減少心臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)，是一種高值的藥物。其他的工程菌還能夠生產(chǎn)抗氧化劑咖啡酸、柚皮素和對香豆酸等高藥用價(jià)值化合物。此外，研究團(tuán)隊(duì)通過解反饋抑制酶的引入使得這些化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)量大大提高。
?????? 相比于農(nóng)作物收割，用微生物生產(chǎn)這些化合物更為經(jīng)濟(jì)可持續(xù)。以生產(chǎn)一噸白藜蘆醇為例，在目前的產(chǎn)量水平下大約可以節(jié)約7275畝（485公頃）的土地。而且該技術(shù)是完全綠色的，僅需要水，二氧化碳和一些無機(jī)鹽，利用藍(lán)藻就完全可以光合自養(yǎng)合成這些化學(xué)物質(zhì)，可以像種植和收割莊稼一樣“種植”植物來源天然產(chǎn)物。美國威斯康星可持續(xù)技術(shù)研究中心的執(zhí)行主任Paul Fowler稱，“這種方法以高值化合物為目標(biāo)，巧妙地避開了光合生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)，商業(yè)化該技術(shù)將不需要建造世界級的大型（化）工廠”。
?????? 目前最大的挑戰(zhàn)在于將液體中的產(chǎn)物提取至工業(yè)級的量，在后續(xù)的研究中，僅需要將這些產(chǎn)物的量達(dá)到克每升水平，就可以成功的進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。該研究由博士后倪俊和陶飛副研究員與其他合作者完成（http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2016/gc/c6gc00317f）。這是許平教授團(tuán)隊(duì)繼去年利用藍(lán)藻光合生產(chǎn)C3平臺化合物（Green Chemistry, 2015, 17, 3100–3110）和乳酸（Scientific Reports, 2015, 5:09777）之后，在利用二氧化碳光合自養(yǎng)生產(chǎn)化學(xué)品研究方面的又一重要突破。
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