近日，記者從天津港保稅區(qū)管委會獲悉，中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（以下簡稱“天津工生所”）低碳合成工程生物學(xué)全國重點實驗室與天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院等組成的聯(lián)合科研團(tuán)隊，在海藻糖-6-磷酸（T6P）生物制造領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，構(gòu)建出無ATP依賴的最小多酶分子機(jī)器，實現(xiàn)了T6P的高效、低成本、規(guī)?；苽?。

海藻糖-6-磷酸被譽為“植物胰島素”，是植物體內(nèi)調(diào)控碳分配和蔗糖轉(zhuǎn)運的關(guān)鍵信號分子，直接影響作物產(chǎn)量與抗旱性等核心農(nóng)藝性狀。廣泛科學(xué)研究表明，葉面噴施T6P可顯著提升小麥、玉米、水稻等糧食作物及蔬菜的產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度約為10%—40%，并能增強作物抗逆能力，是農(nóng)業(yè)綠色提質(zhì)的重要潛在工具。然而，傳統(tǒng)T6P合成依賴化學(xué)合成或微生物發(fā)酵法，后者需要ATP、UDP等輔酶參與，且?guī)щ姷腡6P無法自由跨膜，導(dǎo)致產(chǎn)物積累效率極低，碳轉(zhuǎn)化率不足50%，生產(chǎn)周期長、工藝穩(wěn)定性差等問題直接制約其規(guī)模化應(yīng)用。

針對這一行業(yè)痛點，以天津工生所體外合成生物學(xué)中心主任張以恒研究員為負(fù)責(zé)人的科研團(tuán)隊，創(chuàng)新性地設(shè)計了一條全新的體外合成生物學(xué)路徑。該路徑選用麥芽糖和多磷酸鹽為底物，通過麥芽糖磷酸化酶、海藻糖-6-磷酸磷酸化酶和多磷酸葡萄糖激酶三種酶的協(xié)同作用，構(gòu)建出無ATP、無其他昂貴輔酶依賴的“極簡多酶分子機(jī)器”。該體系展現(xiàn)五大顯著優(yōu)勢：無需昂貴輔酶、僅需三種酶、底物成本低廉、碳合成效率可達(dá)100%、反應(yīng)方向近乎不可逆。

經(jīng)過系統(tǒng)優(yōu)化，科研團(tuán)隊在100毫升實驗室規(guī)模下實現(xiàn)了93.1%的T6P摩爾產(chǎn)率；在生物反應(yīng)器放大試驗中，將麥芽糖濃度提升至200g/L后，僅用2小時即實現(xiàn)252g/LT6P二鈉鹽的合成，體積生產(chǎn)率達(dá)到126g/（L·h），創(chuàng)下全新紀(jì)錄。該生物制造過程凸顯了“超高產(chǎn)品濃度、超快反應(yīng)速度、高產(chǎn)品得率”的“三高”特色。

記者了解到，與傳統(tǒng)微生物發(fā)酵技術(shù)相比，該體外生物轉(zhuǎn)化（ivBT）路徑優(yōu)勢明顯：在生產(chǎn)效率上，生產(chǎn)周期從“天級”壓縮至“小時級”，生產(chǎn)率提升超百倍；在工藝可控性上，脫離細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜代謝網(wǎng)絡(luò)干擾，產(chǎn)物純度高，分離純化工藝大幅簡化；在成本與規(guī)?；希瑹o需發(fā)酵罐等大型復(fù)雜設(shè)備，每克酶可制備330gT6P，反應(yīng)體系可實現(xiàn)線性放大；在環(huán)境友好性上，全程無有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生，無發(fā)酵廢水、廢渣排放，完全契合綠色生物制造發(fā)展趨勢。

“此次突破不僅解決了T6P規(guī)?；圃斓暮诵募夹g(shù)難題，更開辟了農(nóng)業(yè)化學(xué)干預(yù)的新路徑?！睆堃院惚硎?，與作物基因修飾相比，T6P葉面噴施技術(shù)更簡單、安全，無需擔(dān)心生物安全爭議，更易獲得公眾認(rèn)可，未來可通過無人機(jī)定時噴施，助力作物提質(zhì)增產(chǎn)、增強抗逆能力，為應(yīng)對全球糧食安全挑戰(zhàn)提供新方案。據(jù)悉，該研究將體外合成生物學(xué)技術(shù)與農(nóng)業(yè)應(yīng)用需求深度結(jié)合，實現(xiàn)了T6P生物制造的效率與成本雙突破，不僅豐富了二糖磷酸酯的合成方法，更為合成生物學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了重要范例，具有廣闊的市場前景和社會價值。

記者獲悉，目前，該成果得到國家重點研發(fā)計劃與合成生物學(xué)海河實驗室重大項目的支持，相關(guān)技術(shù)已獲中國發(fā)明專利。據(jù)了解，下一步，科研團(tuán)隊將繼續(xù)推進(jìn)技術(shù)優(yōu)化，目前已與多個公司及科研單位展開深度合作，正在推進(jìn)工業(yè)化放大試驗，全力推動T6P工業(yè)化生產(chǎn)落地，同時探索其在不同作物、不同環(huán)境下的應(yīng)用效果，助力農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為保障中國糧食安全提供“新安全傘”。

據(jù)悉，近年來，天津港保稅區(qū)加速布局合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)賽道，積極構(gòu)建“基礎(chǔ)研究—技術(shù)攻關(guān)—成果轉(zhuǎn)化”全鏈條創(chuàng)新生態(tài)，著力打造具有全國影響力的生物制造產(chǎn)業(yè)高地。該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，將進(jìn)一步助力區(qū)域生物制造產(chǎn)業(yè)集群提質(zhì)升級。