天津工生所在體外多酶合成維生素B12方面取得進展

發布時間：2023-08-31 13:53 原文鏈接：天津工生所在體外多酶合成維生素B12方面取得進展

　　維生素B12是自然界中天然合成的最復雜的小分子化合物之一，也是高等動植物生理活動必需的化合物。它以輔酶形式，在DNA合成、甲基化和線粒體代謝中發揮重要作用。目前，維生素B12的工業生產主要依賴微生物發酵來實現。然而，以微生物為底盤合成維生素B12的方法，存在菌種改造困難、發酵周期長、合成途徑的瓶頸難以發掘、產物生產和菌株生長難以實現平衡等問題。

　　近日，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員張大偉帶領的蛋白合成細胞工廠與微生物代謝研究團隊，在維生素B12生物合成技術開發方面取得新進展。該研究通過將微生物B12合成途徑中24步催化反應進行模塊劃分，構建了體外無細胞催化合成微生素B12的技術體系，并實現了體外多酶催化體系中產量的較大提升（圖1）。

　　在各個模塊的組裝和優化過程中，為解決副產物反饋抑制現象，該研究在中間產物氫咕啉酸（HBA）合成的過程中，引入S-腺苷甲硫氨酸（SAM）合成反應和副產物S-腺苷高半胱氨酸（SAH）分解反應，有效緩解了反應過程中的副產物反饋抑制現象；為解決腺苷鈷啉胺酸（AdoCby）合成模塊的中間產物檢測難問題，該研究應用“停流檢測法”，對模塊中輔因子及副產物進行追蹤，實現了模塊反應的檢測。此外，該工作還通過構建AdoCby及相關中間產物的直接檢測方法，實現了模塊產物的直接檢測；通過分析級聯酶促反應間的相互影響，發現了反應途徑中ATP使用的競爭現象，并通過引入ATP再生反應對該現象進行緩解；針對維生素B12合成途徑中輔因子種類多、數量多的特點，構建了全局輔因子再生系統（圖2），實現了體系中輔因子的部分回補，進一步優化與提升催化體系。該研究通過組裝36個酶的體外多酶催化系統，實現了以5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）為底物合成維生素B12的體系構建，以及以HBA為底物合成維生素B12的催化體系的產量提升。

　　該研究不僅開拓了除化學合成法、微生物合成法之外的第三種維生素B12合成方法，而且對維生素B12合成途徑的解析發揮了積極的推動作用，對構建長途徑、多元素的復雜無細胞合成體系具有一定的指導意義。

　　相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會和天津市合成生物技術創新能力提升行動的支持。