🌱 科技赋能自然 | 我国科学家用酵母造出“液体黄金”，合成生物学取得重大突破！

面对生长需数十年、价格高达2500美元/公斤的天然檀香木，中国科学院天津工业生物技术研究所的科学家们另辟蹊径，通过合成生物学技术与高效生物发酵，在5升发酵罐中让酵母细胞“变身”为高效的檀香醇合成工厂，产量达到10.4 g/L，创下目前文献报道的最高产量纪录。

檀香精油，源自檀香木心材，因其深邃、温暖、持久的独特木质香气，被誉为 “液体黄金” (Liquid Gold)。它是高级香水、化妆品和医药领域中不可或缺的珍贵天然香料，需求巨大。

然而，获取这份“自然的馈赠”却极为不易。檀香木生长极其缓慢，需要数十年才能成材。资源的稀缺与过度采伐，使其价格异常昂贵，市场价高达约2500美元/公斤，且供应极不稳定。

为了应对这一资源瓶颈，中国科学院天津工业生物技术研究所微生物代谢工程研究团队运用先进的合成生物学技术，成功构建了高效生产檀香醇的酵母细胞工厂。

研究团队巧妙地采用了亚细胞区室工程策略（subcellular compartmentalization engineering strategy）。他们聚焦于对细胞内的过氧化物酶体(peroxisome)进行改造和利用。

初步定位提升产量：团队利用过氧化物酶体靶向信号肽(ePTS1)，将合成檀香醇的关键途径——甲羟戊酸（MVA）途径和檀香醇合成途径中的关键酶，精准地定位至过氧化物酶体内部。这一举措使得檀香烯及檀香醇的总产量提升了5.1倍，达到0.9 g/L。
攻克关键催化瓶颈：然而，初期阶段从檀香烯到檀香醇的转化率并不理想，仅为31.0%。团队发现，关键的细胞色素P450酶因其本身较长的N端跨膜域结构，难以被有效导入过氧化物酶体内部，形成了催化瓶颈。
创新性膜表面展示技术：针对这一挑战，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）进行融合。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，使檀香烯的转化率得以提升。
进一步优化与放大生产：为了让P450酶有更充分的催化空间，研究团队还增加了过氧化物酶体的膜表面数量，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时，檀香醇产量高达10.4 g/L。

此项技术突破，为解决檀香资源稀缺、供应不稳定的世界性难题提供了有效的创新方案。它不仅为复杂植物天然产物的高效生物合成提供了新策略，更展现了合成生物学和工业生物技术在突破自然资源约束、实现可持续生产方面的巨大潜力。

可持续与环保：通过微生物发酵来生产檀香醇，可大幅减少对天然檀香木的砍伐，有助于保护生态环境和生物多样性，符合绿色、可持续的发展理念。
稳定与可扩展的供应：发酵过程不受气候、地域和生长周期限制，可实现稳定、可控的大规模生产，满足市场持续增长的需求，平抑价格波动。
潜力巨大的产业链：该技术不仅可用于生产檀香醇，其背后“微生物细胞工厂”的理念和平台技术，有望应用于其他珍贵天然产物的生物制造，带动生物制造产业链发展。