北京化工大学孙新晓团队通过大肠杆菌共培养高效合成香草醇

香草醛又名香兰素，是目前全球需求量最大的香料之一，广泛应用于食品、饮料、香水、化妆品和医药等领域，全球年消费量达2万吨。从香草荚中天然提取的香草醛，价格昂贵，产量仅能满足约1%的市场需求。目前，香草醛主要通过化学合成生产，虽价格低廉，但存在环境污染问题。生物合成香草醛及其前体具有绿色可持续的特点，成为当前研究的热点。

近日，北京化工大学生命科学与技术学院孙新晓课题组在aBIOTECH杂志上发表了题为"Co-culture Engineering for efficient production of vanillyl alcohol in Escherichia coli"（点击题目查看原文）的研究论文，报道了大肠杆菌共培养高效合成香兰素的前体香草醇。

研究人员首先比较了两条3, 4-二羟基苯甲醇途径的合成效率，发现3-脱氢莽草酸途径优于4-羟基苯甲酸途径，摇瓶产量达到790 mg/L。3, 4 -二羟基苯甲醇经进一步经甲基化生成香草醇。该步反应为香草醇生物合成的限速步骤。为了提高甲基化效率，研究者尝试了两种策略，一种是增强甲硫氨酸合成，另一种为强化S-腺苷甲硫氨酸循环。在添加实验中，后者使香草醇产量提高了58.5 %，达到484.6 mg/L。然后，在单细胞中进行途径组装及模块优化，但香草醇最高产量仅有212.6 mg/L, 表明在单细胞中平衡多模块表达及能量辅因子供应存在困难。为此，设计了大肠杆菌共培养体系，在最佳接种比例下，香草醇产量达到328.9 mg/L；进一步敲除aroE基因增强上游菌株的合成能力，使产量提高到559.4 mg/L，补料分批发酵产量达到3.89 g/L，为目前报道的最高产量。本研究为香草醇及香兰素的可持续生产提供了有潜力的策略。

北京化工大学生命科学与技术学院孙新晓教授为本文通讯作者，已毕业的硕士生杨美晨和孟豪为本文共同第一作者。该项目获得国家重点研发计划、国家自然科学基金及天津市合成生物技术创新能力提升行动项目的支持。

阅读原文：https://rd.springer.com/article/10.1007/s42994-022-00079-0