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                我院合成生物学创新团队在国际权威期刊Frontiers in Bioengineering and Biotechnology发表论文

                发布时间:2022-03-30 15:56:00    来源: 合成生物学团↑队     浏览量:

                吡嗪类化合物是一类含有2个对称氮原子的∑六元杂环化合物,少量存在于部分天然和发酵食品中,大多具有强烈的坚果香和烘烤香,香气透散性好,被广泛应用于风味添加剂行业。白酒ξ和烟草也含有多种吡嗪类化合物,其中在酱香型白酒例如茅台酒中的含量最高(3~6 mg/L),被誉√为白酒健康功能因子。2,3,5,6-四甲基吡嗪,又名川芎嗪,是中药川芎根茎的活性成♀分之一,也存在于可可、榛子等食品中,已作为常备药品广泛应用于临床,在治疗心脑血管疾病、呼吸ζ 系统疾病和肾小球疾病等方面具有疗效,也广泛作为食品和饮料的风味添加剂(国家标准GB2760-1996),香味阈值极低。由于自然界中吡嗪类化合物含量较少,传统提取方法成本较高且难以满足市场需求,需要开发高效低成本的技术路线。

                近日,广西科学院桂科学者谢能『中带领的合成生物学创新团队与广ξ西大学陆坚博士合作,开展四甲基吡嗪高效低成本○合成研究,共同在国际生物工程与生物技术领域权威刊物Frontiers in Bioengineering and Biotechnology(中科院大类-工程技术2区,IF=5.89)发表了题为A green route for high-yield production of tetramethylpyrazine from non-food raw materials的研究论文,广ㄨ西科学院刁梦雪、陈先锐为共同通︽讯作者,谢能中为ξ 技术负责人,广∮西大学陆坚、李静和马志林为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金(21868007、21466007)、中国科学院科技服务网络计划项目(KFJ-STS-QYZD-201)和广西自〓然科学基金(2018GXNSFBA281017、2021GXNSFBA196087、2021GXNSFBA220015)的资助。


                图1 论文首页

                该研究工作◥主要在广西科学院开展,首先利用合成生物学策略◣构建四甲基吡嗪¤关键前体(R)-乙偶姻的大肠杆菌细胞工厂,然后利用辅酶工程引入NAD+再生系统优化胞内氧化还原平衡状态,最后利用代谢工程策略削弱或阻断主要副产物合成途径,摇瓶发酵(R)-乙偶姻▆浓度为40.84 g/L,光学纯度高达99.42%。在▓此基础上,本研究比较了不同非粮生物质原料作为碳源和氮源对菌株发酵性能的影响,系统优化发酵工艺后,在5 L发酵罐中(R)-乙偶姻产量达86.04 g/L,这是目前报道大肠杆菌细胞工厂利用非粮生物质原料发酵》生产高光学纯度(≥98%)(R)-乙偶姻的最高值。进一步研究了利用高温高压反应釜中将发酵液上清的(R)-乙偶姻转化工艺,四甲基吡嗪浓度为56.72 g/L,反应周期3 h,转化率达85.30%。研究结果证明了该绿色可持续的方法生产高价值四甲基吡嗪的可行性,同时实现了低成本非粮生物质原料的高值化▅利用。除了该论文报道的四甲基吡嗪,团队还成功合成了2,5-二甲基吡嗪、2,3,5-三甲基吡嗪、2,3-二甲基-5-乙基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪等吡嗪卐类化合物(尚未发表)。


                图2 构建大肠杆菌细胞工厂高效发酵生产四甲基吡嗪关键前体(R)-乙偶姻

                蓝色箭头代表人工设计的(R)-乙偶姻合成途径,红色十字标记代表人工阻断的代谢途径

                 

                全文链接:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2021.792023/full

                 

                撰稿:周兰