刘永军:乙酰辅酶A人工合成研究获进展

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生物制造是我国绿色低碳循环经济的重要组成部分，避免与民争粮是生物制造可持续发展的根本保障。乙酰辅酶A既是绝大多数生物制造产品的前体，又是细胞生命中能量与物质代谢的枢纽，在生命代谢网络中发挥举足轻重的作用。中国科学院天津工业生物技术研究所研究员江会锋团队利用新酶设计技术创建了从甲醛到乙酰辅酶A合成的人工途径，为开发新的生物制造原料提供了思路（图1）。

　　自然生物从原料到乙酰辅酶A往往需要经过8-10步以上的反应。该研究基于化学合成原理，从头设计了羟基乙醛合酶和乙酰磷酸合酶，创建了一条从甲醛经3步反应合成乙酰辅酶A的非天然途径（Synthetic Acetyl-CoA pathway: SACA途径），利用体外酶催化、体内同位素标记、细胞生长等实验，证明SACA途径无论在体外还是体内，都可以有效地将一碳转化成乙酰辅酶A，展示了合成生物学技术在突破自然进化限制方面的强大能力。人工设计的SACA途径突破了生物体固有代谢网络限制，具有化学驱动力大、不需要能量输入、与中心代谢正交和没有碳损失等优点，是第一条乙酰辅酶A的人工生物合成途径，也是迄今为止最短的乙酰辅酶A生物合成途径，具有重要意义。

　　该研究得到中科院重点部署项目“二氧化碳的人工生物转化”以及科技部“973”和国家自然科学基金等科技项目的资助。相关结果3月26日在线发表于国际学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications），题为Constructing a Synthetic Pathway for Acetyl-Coenzyme A from One-Carbon through Enzyme Design。天津工生所助理研究员逯晓云、刘玉万、博士研究生杨一群和上海科技大学王闪闪为该文共同第一作者。天津工生所研究员江会锋、山东大学教授刘永军和中科院微生物研究所研究员李寅为共同通讯作者。

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图1 一碳生物转化新思路

江会锋博士，中国科学院天津工业生物技术研究所研究员。1999~2003年就读于武汉工业学院生物工程专业，2003年9月考入中科院昆明动物研究所攻读博士学位。期间于2007年在美国Cornell大学交流学习一年。2008年至2012年在美国Cornell大学进行博士后研究。现今为天津工业生物技术研究所酵母基因组工程课题组组长。长期从事酿酒酵母发酵调控和其进化机制研究。已先后在Genome Research、PLoS Gene-tics、Molecular Biology and Evolution 、Cell Research、BMC Evol Biol、Genome Biology and Evolution等国际学术刊物上发表数十篇学术论文。

刘永军（Liu Yong-Jun），男，1964年10月生，理学博士，教授，博士生导师。课题组主要研究方向：1）催化反应机理研究； 2）功能材料体系的理论计算与分子模拟。在国际期刊如J. Am. Chem. Soc., Nature Comm., ACS Catalysis, Phys. Chem. Chem. Phys., J. Phys. Chem. , Biochemistry 等发表SCI论文150余篇，主持承担国家自然科学基金面上项目、国防973项目子课题、中国科学院百人计划项目、省部级项目近20项.

李寅，中国科学院微生物研究所研究员，中国科学院“百人计划”入选者。

1974年出生，1995年和2000年分别于无锡轻工大学发酵工程专业获得学士和博士学位。先后在荷兰、爱尔兰从事乳酸菌基因组学、功能基因组学和代谢工程研究。已经在PNAS,  Trends in Biotechnology,  Trends in Microbiology,  Metabolic Engineering,  Journal of Bacteriology, Applied and Environmental Microbiology等国际期刊上发表论文60余篇，被SCI引用1000余次，H因子为18。申请26项中国专利(其中8项已获授权)，出版专著2部。曾获2006年国家科技进步二等奖，2010年被选为发展中国家科学院Young Affiliate。现为中国生物工程学会工业生物技术专业委员会副主任，生物工程学报副主编，Biotechnology Journal、Journal of Integrated Omics、生物技术进展编委，中国科技大学兼职博士生导师。