微生物细胞工厂是生物制造的核心，但目前面临异源生物合成途径效率低的挑战。酶对底物的选择性差以及细胞资源在生长和生产间分配不平衡是共性关键瓶颈。芳香酯类化合物在香精、香料、化妆品、药品、食品和饮料工业中有着广泛的应用。植物提取是目前生产该类化合物的主要方式，但在植物中较低的含量，导致大规模获取困难。化学合成的芳香酯被打上了“人造香料”的标签，不受市场认可。构建微生物细胞工厂利用可再生原料合成芳香酯是最有前景的替代方法，但该类化合物在微生物中的合成效率低，目前缺乏高效的生物合成平台。
2024年12月5日，我校袁其朋教授和王佳教授在《Nature Chemical Engineering》发表题为“A bacterial platform for producing aromatic esters from glycerol”的研究论文，开发了可高效生产多种芳香酯的微生物合成平台。为解决酶选择性差导致副产物积累这一挑战，解析了关键酶羧酸还原酶（Car）对底物分子的识别机制，建立了重塑底物通道控制酶选择性的方法，改造后的酶合成目标产物的效率仍然维持100%，但丧失了合成副产物的能力。为了克服细胞资源主要用于细胞生长，分配到产物合成通量不足这一难题，开发了自动化细胞资源分配技术，设计和构建了响应合成途径中间体的生物传感器，赋予了细胞自动感知和调节异源生物合成途径的能力，解决了生产过程产生的辅因子与产物合成过程
匹配的难题。最终目标产物苯甲酸苄酯产量达到10.4 g/L，较改造前提升4700倍。该微生物合成平台可成功扩展至生产乙酸苄酯、丙酸苄酯和丁酸苄酯等其他芳香酯，具有普遍适用性。
论文的第一作者是软物质科学与工程高精尖创新中心博士研究生陆亮宇，通讯作者为生命科学与技术学院袁其朋教授和王佳教授。北京化工大学为该论文第一完成单位。该工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s44286-024-00148-9
袁其朋教授简介：
北京化工大学教授，博导。第十一届中国青年科技奖获得者，北京市百名科技领军人才， “111”引智基地负责人，化工资源有效利用国家重点实验室副主任。以通讯作者身份在 Nat.Chem.Eng.、Chem.Soc.Rev.、Angew.Chem.Int.Ed.、Nat.Commun.、Metab.Eng. 等期刊发表SCI论文 300 余篇。获授权PCT专利 3 件及中国发明专利 60 余件。以第一贡献人身份获国家科技进步二等奖 1 项，省部级二等奖 2 项，社会科技奖励特等奖1项、一等奖1项。
王佳教授简介：
北京化工大学见习教授，博导。入选北京市青年人才托举工程、北京化工大学青年英才百人计划，获石油和化学工业联合会“CPCIF-Clariant” 可持续发展青年创新奖。中国生物工程学会青年工作委员会委员，中国化工学会青年工作委员会委员。主持国家自然科学基金2项、国家重点研发计划子课题2项、企业合作等项目多项。以第一作者或通讯作者在Nat.Chem.Eng.、Nat.Commun.、 Metab.Eng.等期刊发表 SCI论文 30 余篇。参编代谢工程英文专著 1 部。申请中国发明专利 10项，授权2项。