合成生物學旨在設計和創(chuàng)建新的生物學元件、組件/裝置和系統(tǒng)，或者通過對天然生物系統(tǒng)的重新設計，獲得具有特定功能的人工生命體系，來解決人類面臨的資源、能源、環(huán)境和健康問題。近年來，隨著合成生物學的快速發(fā)展，創(chuàng)建非天然化學品的生物合成途徑，成為一個新的研究熱點。
1,2,4-丁三醇是一種重要的有機合成中間體，在醫(yī)藥、煙草、化妝品、造紙、農(nóng)業(yè)和高分子材料領域具有廣泛用途。其硝基化合物1,2,4-丁三醇三硝酸酯是一種高能增塑劑，可替代硝化甘油用于火箭、導彈、炸藥等軍工領域。自然界中尚未發(fā)現(xiàn)天然的1,2,4-丁三醇生物合成途徑，故1,2,4-丁三醇只能通過化學合成方法獲得，得率低，價格高昂。
中國科學院微生物生理與代謝工程重點實驗室的研究人員，根據(jù)基團反應原理和吉布斯自由能計算，設計了一條熱力學上可行的1,2,4-丁三醇生物合成新途徑。該途徑始于L-蘋果酸，經(jīng)六步反應生成L-1,2,4-丁三醇。將該途徑與葡萄糖到蘋果酸的途徑連接后，1,2,4-丁三醇的最大理論得率可達0.65 g/g葡萄糖，與化學合成路線相比具有較強的競爭力。在完成理論設計的基礎上，研究人員通過關鍵酶基因的挖掘、合成和表達調(diào)控，成功創(chuàng)建了從蘋果酸到1,2,4-丁三醇的生物合成途徑，實現(xiàn)以葡萄糖為唯一碳源生物合成1,2,4-丁三醇，為降低1,2,4-丁三醇的生產(chǎn)成本提供了可能。
該研究由博士后李興華在張延平副研究員和蔡真助理研究員指導下完成。研究成果已獲得中國專利授權，并于7月10日發(fā)表在《自然》出版集團的Scientific Reports上。研究得到中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向項目和北京市自然科學基金的資助。
