让“辅因子”助力工业生物催化(3)

科技创新的选题从产业中来，自然也会回到产业中去。该重大项目执行5年来，科研人员尝试不断延伸创新链，将基础研究成果推向工业化应用。“这些成果为工业环境下通过操控辅因子实现生物制造中原子经济性和时空效率的提升提供了理论基础和实现方法，推动了一些典型工业产品的生物制造。”欧阳平凯告诉《中国科学报》。

作为聚酯生产的原料，1，3-丙二醇发展空间巨大。当前，美国杜邦公司以廉价的葡萄糖为原料的生物法生产技术路线已经形成垄断。

谭天伟介绍，在该重大项目支持下，研究人员开始探索一条以甘油为原料的全新生物高效合成1，3-丙二醇的路线。其中，关键的科学问题便是碳代谢途径与1，3-丙二醇合成的定量关系。

为此，研究人员建立了基于辅因子和碳代谢全局优化的新策略，最终使目标产品的产量达到每升86克，是传统途径的1.7倍。2014年，该研究团队在山东泰安建成年产2000吨1，3-丙二醇生产线。

在生物乙醇发酵方面，应汉杰带领团队基于辅因子代谢的新理论，从微生物基因调控、新型反应体系构建两个方面着手，设计了一条全新的乙醇发酵工艺。

据介绍，采用此工艺，小试间歇式发酵和连续式发酵的产率达到了目前文献报道的最高水平。研究团队在2017年和2018年分别在广西中粮生物质能源有限公司进行了30吨级的中试和320吨级的工业化示范试验。试验表明，酵母发酵周期缩短了45%，平均糖醇转化率则提高了3.8%。

应汉杰表示，正是辅因子的调控改变了胞内的氧化还原状态，降低了副产物甘油的通量，提高了细胞的耐渗能力、减缓了细胞衰老、加速了葡萄糖消耗。

5年来，参与该重大项目的科学家心中已形成两幅对比鲜明的图景。一幅是大到整个世界的“生态阳光经济”——通过生物制造，利用可再生的微生物资源生产能源、化学品与新材料，实现太阳能驱动下的工业与农业可持续发展。

另一幅，则是小到肉眼看不见的微生物细胞——以辅因子观察细胞代谢的“窗口”刚刚打开。“期待未来获悉辅因子在细胞内工作的更多细节。”欧阳平凯说。

《中国科学报》 (2019-07-29 第4版 自然科学基金)