发展生物基产品已成为保障生态链良性循环，促进“碳达峰、碳中和”，实现经济社会绿色、可持续发展的战略需求。近年来，我国先后出台多项政策，如发布“合成生物学”和“绿色生物制造”两个“十三五”国家重点研发计划专项、颁布《“十四五”工业绿色发展规划》并将多种生物基产品纳入原料制造重点任务，加速生物制造产业发展。
苯乙醇因其具有独特的玫瑰花香气，而作为香精香料广泛应用于食品、化妆品等领域，是最为广泛的大宗香料之一。同时，苯乙醇还能作为前体合成其他香精香料。此外，苯乙醇还用于航空燃料助推剂和抗菌剂，在航空和医药领域具有良好发展前景。目前，化学合成法生产苯乙醇工艺繁琐，且易造成环境污染。植物提取法受玫瑰等原料限制，提取工艺复杂且成本高。微生物合成苯乙醇具有反应条件温和、原料可再生、产物天然、纯化工艺简单等优势。因此，实现微生物发酵生产苯乙醇将有助于苯乙醇相关产业快速发展。
陈守文教授团队利用溶剂耐受菌株地衣芽胞杆菌作为研究对象，通过基因筛选、模块化代谢工程和发酵工艺优化等策略，实现重组地衣芽胞杆菌高效从头合成苯乙醇。该研究团队通过基因挖掘和酶学分析，鉴定了一个高效转化苯乙醛合成苯乙醇的内源性醇脱氢酶，建立了杂合型艾利希途径，实现了苯乙醇的异源合成。随后通过模块化代谢工程分别对中心代谢、莽草酸合成代谢、苯乙醇竞争和葡萄糖转运途径进行系统改造，使得苯乙醇合成途径的碳代谢流通量大幅提高（图1）。最后，通过发酵工艺优化使得最佳菌株地衣芽胞杆菌PE23合成苯乙醇产量高达6.2 g/L，是目前已报道的最高产量。该研究有望在不久的将来替代传统合成模式（化学合成和植物提取法），实现苯乙醇的绿色、可持续生产，也为其他芳香族衍生化学品的发酵生产奠定基础。
图1 代谢工程改造地衣芽胞杆菌合成苯乙醇
据悉，陈守文教授团队长期从事芽胞杆菌生物技术科研和产业化开发，获得科技部重点研发计划、“973”计划、“863”计划、国家支撑计划、国家科技攻关、国家自然科学基金、教育部新世纪人才支持计划、湖北省科技重大专项等多项国家和省部级课题支持。在地衣芽胞杆菌的系统生物学、代谢组学、代谢工程、蛋白表达、发酵工程等领域取得了系列研究成果，在Chem Eng J、ISME J、metab Eng、ACS Sustain Chem Eng、Bioresour Technol、Biotechnol Biofuels、ACS Syn Biol、Biotechnol Bioeng、Appl Environ Microb和J Agri Food Chem等国际知名专业期刊发表高水平论文70余篇，获中国和美国授权发明专利50余项，聚γ-谷氨酸、杆菌肽、酶制剂、芳香醇糖苷以及农用微生物菌剂等技术在我国多家企业推广应用。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2022.01.007
