英文原题：Harnessing Aromatic Properties for Sustainable Bio-valorization of Lignin Derivatives into Flavonoids

作者：Si-Yu Zhu , Na Li , Zhi-Hua Liu *, Ying-Jin Yuan , Bing-Zhi Li*

01 论文信息

论文信息

Si-Yu Zhu, Na Li, Zhi-Hua Liu, Ying-Jin Yuan, Bing-Zhi Li. Harnessing Aromatic Properties for Sustainable Bio-valorization of Lignin Derivatives into Flavonoids[J]. Green Carbon,2024.

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2024.11.005

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Harnessing aromatic properties for sustainable bio-valorization of lignin derivatives into flavonoids

中文解读原链接

Green Carbon文章 | 天津大学李炳志教授、刘志华教授：芳香赋能——生物增值木质素生产黄酮

02 背景简介

通过多种先进工程策略实现生物转化木质素至高价值天然产物类黄酮

本综述主要聚焦于利用木质素这一最丰富的可再生芳香资源，通过原子经济性路线和功能化修饰制备类黄酮。类黄酮具有多种健康促进作用和优异生物活性，其合成途径的探索对于推动木质素高值化利用和绿色生物经济具有重要意义。文章详细阐述了从木质素衍生芳香族单体出发构建类黄酮骨架的芳环经济性策略，重点回顾了代表性生物合成途径和各类功能化结构修饰。同时，文章探讨了合成生物学、机器学习和代谢调控等工程策略在微生物细胞工厂中提升类黄酮产量的应用前景，旨在促进木质素资源的深度开发和高效转化。

来自天津大学元英进院士团队的李炳志教授、刘志华教授于Green Carbon发表标题“Harnessing Aromatic Properties for Sustainable Bio-valorization of Lignin Derivatives into Flavonoids”综述文章，对利用木质素生物合成类黄酮的最新进展进行了全面的文献回顾，论述了从木质素中提取芳香族单体、构建类黄酮骨架及其功能化改造的关键技术和工程策略，进一步阐明了该领域在实现可持续生物经济中的核心价值。

03 文章简介

木质素解聚后可获得多种芳香族单体，如对香豆酸、阿魏酸、肉桂酸，均可作为类黄酮生物合成的直接前体。生物转化木质素合成类黄酮的路线涵盖了黄烷酮、黄酮及黄酮醇的生物合成途径。此外，解聚获得的其他木质素衍生物可进入代谢过程，为细胞生长提供能量。本文提出的转化路线可完全保留木质素衍生芳香族单体的芳环结构，实现前体的最大化利用，从而构建一个原子经济型的生物转化体系。

图1. 木质素衍生芳香族单体向类黄酮的生物转化途径

木质素衍生芳香族单体的功能化路线搭建了木质素高值化与类黄酮生物合成之间的桥梁，展现了一种绿色且可持续的芳香天然产物制备方法。类黄酮的结构修饰在天然植物中普遍存在，产生的类黄酮衍生物具有更丰富的生物活性。借鉴天然的结构修饰反应至细胞工厂中，进行木质素生物增值化，不仅能够增加流向类黄酮生物合成的碳代谢通量，同时也提升了木质素高值化的可行性。类黄酮合成途径中的关键功能化修饰包括氧化、羟基化、甲基化、糖基化和异戊烯基化。

图2. 类黄酮氧化和羟基化的功能化路线

图3. 类黄酮甲基化和糖苷化的功能化路线

图4. 类黄酮异戊烯基化的功能化路线

图5. 新兴策略推动木质素衍生物向类黄酮的高效生物转化

总结及展望

总体而言，利用木质素衍生芳香族单体生物合成类黄酮的可行性已得到验证，本文提出的原子经济性生物转化路线展现出木质素高值化利用与类黄酮可持续合成的巨大潜力。在异源关键酶的助力下，通过类黄酮生物合成成功实现了木质素单体的功能化，这一过程推动了基于木质素的可持续生物经济发展。新兴的合成生物学工具和工程策略有望进一步提高类黄酮的生物合成效率，从而促进木质素的高效增值化。本综述为木质素高值化与类黄酮可持续合成的一体化提供了理论基础，并为克服木质素生物转化途径中的挑战提供了重要见解。

04 作者简介

李炳志 教授

李炳志，天津大学讲席教授，国家“万人计划”科技创新领军人才，入选教育部青年长江学者，曾获得国家基金委优秀青年基金和天津市杰青基金，国家重点研发计划项目首席科学家，入选天津市中青年科技创新领军人才。2005年本科毕业于南开大学，2010年于天津大学获博士学位。主要研究方向包括合成生物学、DNA信息存储、生物质生物转化等。研究成果发表Science、Nature Communications、Chemical Society Reviews等论文90余篇。曾获中国化工学会基础研究成果一等奖天津市自然科学特等奖、全球华人化工大会杰出青年奖、第十届侯德榜化工科学技术青年奖、第二届闵恩泽能源化工奖青年进步奖等。任中国生物工程学会合成生物学专委会委员、中国化工学会生物化工专委会委员、中国生物工程学会青工会委员、中国化工学会生物化工专委会青工会副秘书长、国家卫生健康委员会卫生健康青年创新中心青年导师等。在Biotechnology for Biofuels、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology、Bioresources and Bioprocessing、Frontiers in Bioenergy Research、Biodesign Research、Frontiers in Chemical Engineering、Biotechnology Notes、《合成生物学》等期刊担任编委或青年编委。

刘志华 教授

刘志华，博士生导师，天津大学“北洋学者英才”特聘研究员、长聘副教授，国家重点研发计划项目首席科学家。先后获得天津大学生物工程学士学位、生物化工硕士学位，中国科学院大学生物化工博士学位；曾在美国Texas A&M University从事博士后研究、任研究员。入选天津市高层次青年人才计划（海外）、天津大学“北洋学者英才计划”（海外）等。

迄今为止，在Nature Communications、Trends in Biotechnology、JACS Au、Renewable & Sustainable Energy Reviews、Biotechnology Advances、Green Chemistry、Chemical Engineering Journal、Bioresource Technology、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等国际权威学术期刊发表SCI论文90余篇。Springer出版社特邀主编“生物炼制与生物能源”领域英文专著，参编英文专著5部，申请专利10余项。论文累计引用近4000次，H因子32，i10因子52，10余篇SCI论文入选ESI高被引、被Nat. Commun.、Trends Biotechnol.、JACS Au、Green Chem.期刊选为亮点、封面、年度最佳文章等。Green Chem.特邀组织建刊25周年“生物炼制”专刊，担任Carbon Resour. Convers.、Green Carbon、Biomass Convers. Bior.等五个SCI期刊（青年）编委，四十余种国际期刊审稿人，参加国内外会议做邀请或口头报告四十余次，研究成果被数十家媒体报道。

朱思雨 博士

朱思雨，天津大学制药工程学士（2016-2020年）、天津大学合成生物学博士（2020-至今）。主要从事系统及合成生物学和代谢工程领域的应用基础研究。博士期间主要开展天然产物微生物合成的相关研究，基于合成生物学技术框架，系统构建与优化酿酒酵母底盘菌株的生物合成体系，利用可再生底物生产高价值天然产物。

05 Green Carbon

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