近期，我校生物工程学院周哲敏教授团队在广藿香醇和τ-杜松醇的生物制备方面取得重要进展，研究成果“Metabolic engineering of glycolysis in Escherichia coli for efficient production of patchoulol and τ-cadinol”正式发表于Bioresource Technology (IF = 11.4) ( https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.130004)。
倍半萜在医药、食品、化妆品、能源等领域具有重要的应用价值。其中，广藿香醇是一种三环倍半萜化合物，是广藿香油的主要成分，被广泛应用于日化行业，因其独特的香气可用于生产香水、驱虫剂等产品，且具有潜在的药用价值。τ-杜松醇是存在于许多天然药用植物中的一种倍半萜化合物，在医药和农业等领域有一定的应用前景。利用微生物发酵合成倍半萜化合物，具有环境友好、高效的优势。然而，倍半萜合成酶活性往往较低，同时葡萄糖代谢对倍半萜的合成具有抑制作用，导致发酵合成倍半萜产量较低，制约其大规模工业应用。
周哲敏教授团队在大肠杆菌（Escherichia coli）中，对广藿香醇合成酶（PTS）进行分子改造提升其催化活性，解析葡萄糖代谢抑制广藿香醇合成的机制，并通过构建丙酮酸感应葡萄糖代谢调控系统动态调控葡萄糖代谢过程，构建了合成倍半萜的底盘细胞，实现了广藿香醇以及τ-杜松醇的高效发酵合成。首先，改造野生变种PTS3底物结合位点附近氨基酸残基，并通过同源序列比对改造差异位点，组合突变体PTS3mut4的广藿香醇产量提高为原始PTS3的2.02倍。在E. coli 050H底盘细胞中优化PTS3mut4的密码子，广藿香醇产量提高为密码子优化前的5.72倍。其次，解析葡萄糖代谢抑制广藿香醇合成的机制，确定了环磷酸腺苷（cAMP）是抑制广藿香醇合成的关键信号分子，敲除cAMP合成途径，广藿香醇发酵产量提高了27.7%。最后，构建并优化丙酮酸感应器，用丙酮酸感应器动态调控磷酸葡萄糖转移系统的抑制蛋白SgrT的表达，构建丙酮酸感应葡萄糖代谢调控系统，有效抑制了高糖环境中葡萄糖过速代谢。广藿香醇发酵产量进一步提高了10.2%，在5 L发酵罐中发酵产量可达1675.1 mg·L-1；用该底盘细胞合成τ-杜松醇，其产量可达15.2 g·L-1。该结果改造碳源分解代谢物抑制作用来高效合成倍半萜化合物，开发丙酮酸感应糖代谢调控系统有效限制葡萄糖过速代谢，获得的广藿香醇产量是目前E. coli中报道的最高值，并首次在微生物中高效发酵合成了τ-杜松醇，相关结果对倍半萜化合物的高效制备具有借鉴意义。
周哲敏教授为论文的通讯作者，我校周丽副教授为第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划（2021YFC2100900）、国家自然科学基金（31300087、21878125）、工业生物技术教育部重点实验室开放课题（KLIB-KF202203）等资助。
近年来周哲敏教授团队以合成生物学科学理论为指导，在系统开展高效合成高值化合物细胞工厂构建及产业化方面取得丰硕成果，相关研究成果已发表在Green Chemistry (2023) 、Nucleic Acids Research (2021)、Applied and Environmental Microbiology (2022)、Journal of Agricultural and Food Chemistry（2021）、ACS Synthetic Biology (2021)、ACS Catalysis (2020)等本领域权威期刊。
