蛋白质工程实现工业关键脂肪酸的可持续生产
棕榈油与椰子油中所含的脂肪酸被广泛应用于各类日化产品、化妆品及食品中，但其传统获取方式常伴随着热带雨林的大规模砍伐，对生态环境与生物多样性造成严重破坏。为应对这一问题，德国法兰克福歌德大学的马丁·格林宁格教授团队近期取得重要突破：通过精准改造酵母细胞中的关键合成酶，实现了在生物反应器中可持续生产特定链长的工业脂肪酸。
精准调控的“分子流水线”
该研究的核心是一种名为脂肪酸合成酶的蛋白质复合体，它如同一条高度精密的分子装配线，负责在生物体内合成脂肪酸。格林宁格教授指出：“这种酶经过数百万年进化，已被高度优化以合成棕榈酸——一种含16个碳原子的长链脂肪酸，是细胞膜与能量储存的关键组分。”然而，当前工业所需多为含6至14个碳原子的中短链脂肪酸，通常需从棕榈仁油或椰子油中提取。
研究团队通过蛋白质工程技术，对脂肪酸合成酶的两个关键结构域进行改造：一方面调控酮合酶亚基的活性，使其在合成特定长度后效率下降；另一方面引入源自细菌的硫酯酶亚基，使其更倾向于释放较短链的脂肪酸。博士研究员达米安·卢迪格解释道：“我们通过替换关键氨基酸及调整结构单元，成功引导酶合成特定长度的脂肪酸，例如工业上广泛需求的十二碳脂肪酸。”
跨国合作推动技术转化
在与中国科学院大连化学物理研究所周永进教授团队的合作下，改造后的脂肪酸合成酶被成功导入酵母菌株。在生物反应器中，该工程酵母可稳定生产目标链长的脂肪酸，且产率经过优化已达到潜在工业化水平。双方团队已就该技术联合提交专利申请。
格林宁格教授透露：“我们正积极寻求与行业伙伴合作，推动该技术走向规模化应用。目前已与联合利华等企业展开初步接洽，但整体研发仍以学术驱动为主。”
拓展应用：从脂肪酸到高值化合物
在后续研究中，团队成员菲利克斯·莱曼进一步探索了该合成平台的延展性。通过剪裁酶的非必需结构域、调整底物识别特性，并整合外源催化模块，团队成功利用改造后的系统合成了斯替林吡喃酮——一种来源于植物、具有抗焦虑潜力的天然产物前体。这项工作虽仍处于基础研究阶段，但为绿色生物制造提供了新的设计思路。
展望：走向可持续的“细胞工厂”
格林宁格教授总结道：“我们实验室已逐步建立起面向生物催化与合成生物学的技术体系。未来，在‘EXC SCALE’等跨学科计划的支持下，我们将进一步探索该类酶在人工生物膜构建、细胞器模拟等前沿方向的应用。尽管技术商业化仍面临规模化挑战，但其科学基础已坚实奠定——我们相信，通过理性设计生命系统的催化核心，将为替代传统化工提供更多绿色解决方案。”
