利用合成生物学在植物中共同生产高价值的萜类生物材料和生物燃料

密歇根州立大学的科学家们开发出合成生物学工具，在植物中共同生产高价值的化合物。该研究发表在Nature Communications杂志上。萜类化合物是植物中最大类的天然产物，已被人类使用了数千年。萜类化合物的现代应用范围很广，从药物，香料，营养保健品，生物杀虫剂到化学原料。然而，在工业规模生产的背景下，萜类化合物的植物积累相当低。而且，在追求提取天然萜类化合物的过程中，一些野生植物甚至已经濒临灭绝。

“我们研究了在植物中可持续生产高价值萜类生物材料的新策略”，园艺系合成生物学家/生物化学家Radin Sadre说。Sadre是该研究的主要作者，该研究由MSU-DOE植物研究实验室主任Christoph Benning和生物化学与分子生物学系助理教授Bjoern Hamberger构思。

新的合成生物学工具允许在植物叶子中生产萜类化合物和油，生物燃料资源。植物通常不会在叶子中积累大量的油。Benning在植物油和脂质方面的工作是提高叶子含油量的基础。油以小脂滴存储在植物细胞中，所述小脂滴被涂有蛋白质的脂质层包围。

该研究表明，膨胀的iconlipid液滴本身可以作为萜类化合物生产的工程平台。Hamberger实验室专注于萜类化合物生物合成途径的代谢工程。

通常，萜类化合物生物合成发生在植物细胞内的特定位点。合成生物学方法重新定位并促进工程植物中萜类化合物结构单元和萜类化合物的产生。

“我们使用脂质表面扩展iconaloteote来从微藻中固定不同的萜类化合物合成将图标酶扩展到植物脂滴的表面”，Sadre说。“针对脂滴的不同萜类合成步骤的靶向导致萜类化合物的有效产生。”

这些实验在烟草亲本烟草(Nicotiana benthamiana)中以实验室规模进行。但是，最终目标是在高产量生物质作物(例如柳枝稷)中生产工业上相关的萜类化合物。

该系统的另一个特征是萜类化合物被捕获在脂滴中。这一发现可能在将来用于工程化生物质作物的工业加工中是有用的。

萨德尔说：“一旦我们在实验室中打开植物细胞，我们就可以轻松地同时收集脂滴 - 基本上是油，萜类化合物。我可以看到许多应用可以在一起使用，例如，某些'必需'香水或特种生物燃料中的油脂。“

“或者，进一步加工可以将萜类化合物与油​​分离，用于需要更纯化合物的应用。”