合成生物學(xué)旨在設(shè)計(jì)和創(chuàng)建新的生物學(xué)元件、組件/裝置和系統(tǒng)，或者通過對(duì)天然生物系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)，獲得具有特定功能的人工生命體系，來解決人類面臨的資源、能源、環(huán)境和健康問題。近年來，隨著合成生物學(xué)的快速發(fā)展，創(chuàng)建非天然化學(xué)品的生物合成途徑，成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

　　1,2,4-丁三醇是一種重要的有機(jī)合成中間體，在醫(yī)藥、煙草、化妝品、造紙、農(nóng)業(yè)和高分子材料領(lǐng)域具有廣泛用途。其硝基化合物1,2,4-丁三醇三硝酸酯是一種高能增塑劑，可替代硝化甘油用于火箭、導(dǎo)彈、炸藥等軍工領(lǐng)域。自然界中尚未發(fā)現(xiàn)天然的1,2,4-丁三醇生物合成途徑，故1,2,4-丁三醇只能通過化學(xué)合成方法獲得，得率低，價(jià)格高昂。

　　中國(guó)科學(xué)院微生物生理與代謝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員，根據(jù)基團(tuán)反應(yīng)原理和吉布斯自由能計(jì)算，設(shè)計(jì)了一條熱力學(xué)上可行的1,2,4-丁三醇生物合成新途徑。該途徑始于L-蘋果酸，經(jīng)六步反應(yīng)生成L-1,2,4-丁三醇。將該途徑與葡萄糖到蘋果酸的途徑連接后，1,2,4-丁三醇的最大理論得率可達(dá)0.65 g/g葡萄糖，與化學(xué)合成路線相比具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在完成理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，研究人員通過關(guān)鍵酶基因的挖掘、合成和表達(dá)調(diào)控，成功創(chuàng)建了從蘋果酸到1,2,4-丁三醇的生物合成途徑，實(shí)現(xiàn)以葡萄糖為唯一碳源生物合成1,2,4-丁三醇，為降低1,2,4-丁三醇的生產(chǎn)成本提供了可能。

    該研究由博士后李興華在張延平副研究員和蔡真助理研究員指導(dǎo)下完成。研究成果已獲得中國(guó)專利授權(quán)，并于7月10日發(fā)表在《自然》出版集團(tuán)的Scientific Reports上。研究得到中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目和北京市自然科學(xué)基金的資助。