近日，中國科學院合肥物質院等離子體所陳祥松團隊在L-巖藻糖生物合成領域取得突破性進展。該團隊通過代謝工程和混合碳源發酵策略，成功實現L-巖藻糖微生物合成，并在優化階段大幅度提高了大腸桿菌生產L-巖藻糖的效率，相關研究成果已發表在國際知名期刊Journal of?Agricultural?and Food?Chemistry上。

L-巖藻糖是一種重要的功能性單糖，廣泛應用于營養健康、醫藥和護膚等領域。然而，傳統生產方法效率低下、成本高昂，限制了其大規模工業化應用。近年來，隨著對L-巖藻糖生理功能的深入研究，其在腸道健康、降低血脂、抗癌以及皮膚保濕等方面的應用價值逐漸被挖掘，開發高效、低成本的生產技術成為該領域的關鍵需求。

研究團隊通過代謝工程手段，對大腸桿菌的代謝通路進行了系統優化。首先篩選并整合了關鍵酶基因，包括α1,2-巖藻糖基轉移酶和α-L-巖藻糖苷酶，將代謝通量導向L-巖藻糖合成。通過優化基因拷貝數，顯著提高了酶的表達水平，進而提升了L-巖藻糖的產量。此外，團隊還通過增強GTP和NADPH的供應，優化了代謝調控機制，并對2'-巖藻糖基乳糖轉運蛋白進行改造，減少了2'-巖藻糖基乳糖的積累，進一步提高了L-巖藻糖的生產效率。

在發酵策略方面，團隊采用了葡萄糖/甘油共發酵方法，優化了碳源分配，提高了菌株的發酵效率。最終，經過優化的工程菌株在5升發酵罐中實現了91.90克/升的L-巖藻糖產量，生產效率達到1.18克/升·小時，這一產量較以往報道提高了80.01%，是目前文獻報道的最高水平。

該研究不僅為L-巖藻糖的工業化生產提供了全新的技術路線，還為微生物代謝工程領域提供了寶貴的經驗和策略。通過精準的代謝通路調控和發酵優化，研究團隊成功解決了傳統生產方法中存在的效率和成本問題，為L-巖藻糖在食品、醫藥和護膚等領域的廣泛應用奠定了堅實的基礎。

安徽大學與合肥物質科學研究院聯合培養的碩士研究生夏子涵為論文第一作者，孫立潔副研究員、袁立霞高級工程師為論文通訊作者。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.4c12544

L-巖藻糖生物合成路徑優化與發酵性能提升示意圖