報(bào)告內(nèi)容

代謝工程構(gòu)建多途徑合成根皮素的釀酒酵母細(xì)胞工廠

根皮素，一種二氫查爾酮類化合物，具有抗菌、抗氧化、抗癌和美白肌膚等特性，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和化妝品行業(yè)。目前，微生物合成根皮素主要面臨產(chǎn)量較低、底物價(jià)格昂貴，合成途徑中的關(guān)鍵酶查爾酮合酶（chalcone synthase，CHS）活性較低和底物的混雜性。本研究通過不同來源的CHS基因篩選、底物通道及啟動(dòng)子微調(diào)等代謝工程策略，在釀酒酵母中，構(gòu)建了以p-香豆酸為底物的根皮素合成途徑，根皮素產(chǎn)量為43.83 mg/L，根皮素/柚皮素為1.64。通過對(duì)EbCHS關(guān)鍵殘基進(jìn)行篩選，構(gòu)建了243 個(gè)突變體文庫，通過機(jī)器學(xué)習(xí)指導(dǎo)CHS的改造。根據(jù)模型預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們獲得一個(gè)EbCHS三點(diǎn)突變，根皮素產(chǎn)量提升2.14 倍，為93.64 mg/L（根皮素/柚皮素為16.57），產(chǎn)物選擇性提高了10 倍。通過優(yōu)化EbCHS F168Y/S211G/C344A表達(dá)和底物濃度，在搖瓶中，以p-香豆酸為底物，根皮素產(chǎn)量提高到238.08 mg/L；以根皮酸為底物，合成429.74 mg/L的根皮素；構(gòu)建p-香豆酸合成途徑，從頭合成根皮素85.86 mg/L。結(jié)構(gòu)分析表明，EbCHS F168Y/S211G/C344A突變體重塑了活性口袋，降低了底物和活性位點(diǎn)之間的空間位阻，改善了底物結(jié)合，共同提高了催化效率和產(chǎn)物選擇性。本研究通過克服查爾酮合酶的底物混雜性，提高了釀酒酵母中根皮素的合成，還展示了合成生物學(xué)中機(jī)器學(xué)習(xí)指導(dǎo)酶工程的潛力，提供一個(gè)可推廣的框架，以實(shí)現(xiàn)高價(jià)值天然產(chǎn)物高選擇性的微生物合成。

專家介紹

婁文勇 教授

華南理工大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究院/城鄉(xiāng)高質(zhì)量發(fā)展研究院 副院長(zhǎng)（正處崗）

華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院

婁文勇，華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任科學(xué)技術(shù)研究院/城鄉(xiāng)高質(zhì)量發(fā)展研究院副院長(zhǎng)（正處崗）、廣東省預(yù)制菜（食品）工程技術(shù)研究中心主任，中國(guó)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)傳統(tǒng)釀造食品分會(huì)理事會(huì)常務(wù)理事，廣東省食品學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)；全國(guó)百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文作者、國(guó)家優(yōu)秀青年學(xué)科基金獲得者（首屆優(yōu)青）、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，廣東省“千百十工程”國(guó)家級(jí)培養(yǎng)對(duì)象、“百千萬工程”領(lǐng)軍人才；2005年獲華南理工大學(xué)生物化工專業(yè)博士學(xué)位，2007年赴英國(guó)Warwick大學(xué)從事合作研究。研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)、生物催化過程調(diào)控與應(yīng)用、食品功能因子的挖掘及生物制造、營(yíng)養(yǎng)素的包裹及定向遞送等。連續(xù)多年入選全球前2%頂尖科學(xué)家榜單（終身學(xué)術(shù)影響力榜），獲廣東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)（排名第1）、日本東京國(guó)際發(fā)明獎(jiǎng)金獎(jiǎng)（排名第2）、廣東省自然科學(xué)類二等獎(jiǎng)（排名第2）、國(guó)際iGEM大賽金獎(jiǎng)（指導(dǎo)老師，2017，2025），中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)“十一五”科技創(chuàng)新先進(jìn)個(gè)人獎(jiǎng)，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)青年科技突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、校企合作項(xiàng)目等50余項(xiàng)。在《Nat. Commun.》《 Nat. Synth.》《Sci. Adv.》《Microbiome》《Coord. Chem. Rev.》《Biotechnol. Adv.》《Chem. Eng. J.》《J. Agric. Food Chem.》《Food Hydrocoll.》等著名刊物上發(fā)表了SCI論文160余篇（封面論文11 篇, ESI高被引論文7 篇）；擔(dān)任《Food Wellness》主編，《Frontiers in Microbiology》《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》等刊物副主編，《Bioresources and Bioprocessing》《中國(guó)食品學(xué)報(bào)》等刊物編委；主編中文專著3 本及英文專著1 本；參編國(guó)家規(guī)劃教材2 本，參編中英文專著5 本。多項(xiàng)科研成果已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

實(shí)習(xí)編輯：王曉燕；編輯：閻一鳴；責(zé)編：張睿梅

為匯聚全球智慧共探產(chǎn)業(yè)變革方向，搭建跨學(xué)科、跨國(guó)界的協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，由北京食品科學(xué)研究院、中國(guó)肉類食品綜合研究中心、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局技術(shù)創(chuàng)新中心（動(dòng)物替代蛋白）、中國(guó)食品雜志社《食品科學(xué)》雜志（EI收錄）、中國(guó)食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國(guó)食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學(xué)、 重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、 重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、重慶工商大學(xué)、 重慶三峽科技大學(xué) 、西華大學(xué)、成都大學(xué)、四川旅游學(xué)院、北京聯(lián)合大學(xué)、 中國(guó)-匈牙利食品科學(xué)“一帶一路”聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（籌）、 普洱學(xué)院 共同主辦 的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創(chuàng)新國(guó)際研討會(huì) ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報(bào)到） 在中國(guó) 重慶召開。

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為系統(tǒng)提升我國(guó)食品營(yíng)養(yǎng)與安全的科技創(chuàng)新策源能力，加速科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，推動(dòng)食品產(chǎn)業(yè)向綠色化、智能化、高端化轉(zhuǎn)型升級(jí)，由北京食品科學(xué)研究院、中國(guó)食品雜志社《食品科學(xué)》雜志（EI收錄）、中國(guó)食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國(guó)食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業(yè)大學(xué)、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽省食品行業(yè)協(xié)會(huì)、安徽大學(xué)、合肥大學(xué)、合肥師范學(xué)院、北京工商大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)附屬第一醫(yī)院臨床營(yíng)養(yǎng)科、安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院、安徽省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所、安徽科技學(xué)院、皖西學(xué)院、黃山學(xué)院、滁州學(xué)院、蚌埠學(xué)院共同主辦的“第六屆食品科學(xué)與人類健康國(guó)際研討會(huì)”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報(bào)到）在中國(guó) 安徽 合肥召開。

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