近日，袁吉锋教授团队在新型 β,γ-二元醇的人工生物合成方面取得重要进展，基于乙酰羟酸合成酶介导碳连接反应的 β,γ-二元醇生物合成平台实现了两种结构新型C5-C6二元醇的从头合成。相关成果以 “Engineering new-to-nature biological pathways for β,γ-alkanediol synthesis” 为题发表于Advanced Science (2026; 0:e19742)。

研究内容

β,γ-二元醇是一类具有重要应用价值的化合物，可作为功能溶剂、生物燃料、聚合物单体及化妆品添加剂。然而，除2,3-丁二醇外，其它 β,γ-二元醇的天然生物合成路径尚不清晰，微生物合成研究长期滞后。

本研究在团队此前构建支链 β,γ-二元醇平台Nature Communications (2025,16, 4568) 的基础上，进一步拓展乙酰羟酸合成酶（AHAS）介导的碳-碳连接反应，首次实现线性碳链 β,γ-二元醇的人工生物合成，包括：2,3-己二醇（2,3-HDO，C6），2,3-戊二醇（2,3-PDO，C5）。研究团队构建了模块化人工代谢通路（如图1所示），其核心逻辑包括：醛前体构建模块：改造的Clostridium来源合成路径、人工逆向β-氧化（rBOX）路径的丁醛合成模块路径；基于L-threonine途径的合成路径的丙醛合成模块路径。AHAS 介导碳连接反应（C+2延长）：利用酿酒酵母Ilv2C催化醛与丙酮酸缩合，实现碳链延伸，最终还原生成 β,γ-二元醇。在系统代谢工程优化与发酵条件调控后：2,3-HDO 在分批补料发酵罐中达到 152.2 mM（17.98 g/L），转化率 0.287 g/g。值得注意的是，研究团队结合数据建模确认了丁酰-CoA对关键酶 PduP存在底物抑制，阐明了引入逆向β-氧化路径实现代谢通量平衡，显著提升产量的关键。

图1 Schematic diagram of metabolic routes for the synthesis of linear chain β, γ-diols.

研究意义

本研究实现了：首次报道C≥5线性碳链 β,γ-二元醇的人工生物合成；拓展AHAS介导碳连接反应在合成生物学中的应用边界。该研究为未来利用可再生原料生产高附加值 β,γ-二元醇奠定了理论与技术基础，并为“新颖”人工代谢路径设计提供了重要示范。

本论文第一作者为博士生陈浩锋、余海东、林东江、硕士生杨国钧（共同第一作者），通讯作者为袁吉锋教授。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金及中央高校基本科研业务费支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202519742

（图/文 袁吉锋组）