微生物细胞工厂是生物制造的核心，但目前面临异源生物合成途径效率低的挑战。酶对底物的选择性差以及细胞资源在生长和生产间分配不平衡是共性关键瓶颈。芳香酯类化合物在香精、香料、化妆品、药品、食品和饮料工业中有着广泛的应用。植物提取是目前生产该类化合物的主要方式，但在植物中较低的含量，导致大规模获取困难。化学合成的芳香酯被打上了“人造香料”的标签，不受市场认可。构建微生物细胞工厂利用可再生原料合成芳香酯是最有前景的替代方法，但该类化合物在微生物中的合成效率低，目前缺乏高效的生物合成平台。
研究内容
2024年12月5日，北京化工大学袁其朋教授和王佳教授在《Nature Chemical Engineering》发表题为“A bacterial platform for producing aromatic esters from glycerol”的研究论文，开发了一个可高效生产多种芳香酯的微生物合成平台。为解决酶选择性差导致副产物积累这一挑战，解析了关键酶羧酸还原酶（Car）对底物分子的识别机制，建立了重塑底物通道控制酶选择性的方法，改造后的酶合成目标产物的效率仍然维持100%，但丧失了合成副产物的能力。为了克服细胞资源主要用于细胞生长，分配到产物合成通量不足这一难题，开发了一种自动化细胞资源分配技术，设计和构建了响应合成途径中间体的生物传感器，赋予了细胞自动感知和调节异源生物合成途径的能力，解决了生产过程产生的辅因子与产物合成过程不匹配的难题。最终目标产物苯甲酸苄酯产量达到10.4 g/L，较改造前提升4700倍。该微生物合成平台可成功扩展至生产乙酸苄酯、丙酸苄酯和丁酸苄酯等其他芳香酯，具有普遍适用性。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s44286-024-00148-9
