大連化物所等在脂肪酸合成代謝研究中取得進展

近日，科學院大連化學物理研究所生物技術部生物質高效轉化研究組研究員趙宗保團隊與瑞典查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）教授Jens Nielsen、德國法蘭克福大學（Goethe University Frankfurt）教授Martin Grininger合作在真菌脂肪酸合酶改造研究中取得新進展：設計改造了脂肪酸合酶，並擴展了脂肪酸合成機器的產物譜，相關研究成果發表在《自然-化學生物學》（Nature Chemical Biology，DOI:10.1038/nchembio.2301）上，並將以封面故事形式在該刊四月期正式發表。

脂肪酸是組成細胞的重要分子，也是生物燃料和油脂化工的基礎原料。脂肪酸合酶（FAS）是細胞合成脂肪酸的關鍵酶，而真菌來源的FAS催化活性相對較高。真菌FAS是多功能酶，含7個不同催化結構域（AT、ER、DH、MPT、KR、KS和PPT）和1個醯基載體蛋白（ACP）結構域，分子量約270萬道爾頓，可組裝成籠狀超分子結構。儘管真菌FAS的催化機制和晶體結構已被闡釋，但因其過於複雜，通常被認為很難進行操縱和改造。

該研究團隊前期通過對產油酵母多組學研究發現，圓紅冬孢酵母攜帶一種含兩個醯基載體蛋白（ACP）結構域的FAS（Nat. Commun.2012，3，1112）；通過冷凍電鏡分析表明，該FAS也組裝成典型籠狀結構（Protein Sci.2015，24，987）。近期研究發現，只需一個ACP即可行使脂肪酸合成功能。因此，研究人員用細菌來源的硫酯酶（TE）替換其中一個ACP，所得雜合FAS主要產生中/短鏈長的脂肪酸；類似地，改造另外兩種真菌FAS，也得到了預期結果；更重要的是，利用該策略引入甲基酮合酶（Mks2），所得雜合FAS能合成長鏈甲基酮。該研究結果表明，將異源蛋白嵌入真菌FAS籠型超分子結構，可得到具有新功能的脂肪酸合成機器，這可為借用脂肪酸合成途徑進行生物製造提供新路線。

上述研究得到國家自然科學基金委的資助，並得到大連化物所生物分離分析新材料與新技術研究組和公共分析測試組的協助。

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