中國科學院青島生物能源與過程研究所大宗化學品團隊近日在低成本高效生物合成3-羥基丙酸的關鍵技術上取得突破。

3-羥基丙酸是美國能源部公布的12種高附加值生物基平臺化學品之一。其結構的特殊性使其成為合成多種化合物的前體物質，利用廉價的生物質原料進行微生物合成3-羥基丙酸是代謝工程領域熱門研究方向之一。

雙功能酶——丙二酸單酰輔酶A還原酶(MCR)是3-羥基丙酸合成新途徑中的關鍵酶，自身具有醛脫氫酶和醇脫氫酶的功能，可催化兩步反應，將脂肪酸合成的前體物質丙二酸單酰輔酶A經中間體丙二酸半醛轉化為3-羥基丙酸。該所科研人員通過對該蛋白序列的分析，將MCR蛋白成功拆分為MCR-C和MCR-N兩部分，每個部分可獨立催化一步反應。更為重要的是，拆分后的蛋白對底物丙二酸單酰輔酶A有著更高的親和力，酶活力遠高于野生型MCR，同時3-羥基丙酸產量也得到了一定提高。

將MCR拆分為兩個片段后，研究人員發現細胞內MCR-C和MCR-N的催化能力嚴重失衡是影響3-羥基丙酸產量的重要因素。為解決該問題，他們通過定向進化將MCR-C蛋白的催化效率提升15倍，使3-羥基丙酸的產量得到數百倍的增長，從根本上解決了該途徑3-羥基丙酸產量過低的問題。