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2025年5月16日，袁吉锋教授团队在Nature Communications上发表了题为Microbial synthesis of branched-chain β,γ-diols from amino acid metabolism的研究论文。该研究聚焦于利用大肠杆菌从可再生原料合成支链 β,γ-二元醇的生物合成平台，通过酶筛选-代谢工程-过程优化的系统策略，成功构建了大肠杆菌合成支链 β,γ-二元醇的生物平台，实现了多种高附加值二元醇的生物合成，在新型二元醇的生物合成方面取得重要进展。
该研究首次利用乙酰羟酸合成酶（AHAS）介导的递归碳连接循环，将支链氨基酸（BCAA）代谢与醛-丙酮酸缩合反应结合，构建了从葡萄糖到支链 β,γ-二元醇的人工代谢通路 （图1）。该路径通过以下步骤实现碳链延伸与羟基化：1) 醛生成：BCAA 代谢生成 2-酮酸，经脱羧酶转化为支链醛（如异丁醛、异戊醛）; 2) 碳连接与羟基化：AHAS 催化支链醛与丙酮酸缩合，生成 α-羟基酮（引入 γ-羟基，碳链延长 + 2）; 3) 还原成二元醇：α-羟基酮经内源性醛酮还原酶（AKR）进一步还原为 β,γ-二元醇。该研究成功报道了三种支链 β,γ-二元醇的从头合成，其中4-甲基戊烷-2,3 -二醇（4-M-PDO，C6）在前体供应强化、阻断副产物路径等代谢工程策略改造优化后产量达129.8 mM（15.3 g/L），高达理论产率 72%，为最高效产物。
图1 A microbial platform for de novo synthesis of β,γ-diols
该研究首次报道高于 C4 的支链 β,γ-二元醇生物合成，拓展了该类化合物的结构多样性；揭示 AHAS 介导的碳连接反应可作为通用碳链延长工具，为其他 β,γ-二元醇及含羟基化合物的合成提供新思路。支链 β,γ-二元醇可用于燃料添加剂、聚合物单体、化妆品等领域，4-M-PDO 的高产率为工业化生产奠定基础。该研究报道的策略有望未来推广至其他醛类底物（如脂肪醛），进一步拓展产物范围（如中长链 β,γ-二元醇）。
该研究由厦门大学生命科学学院博士生吴培玲完成。厦门大学生命科学学院袁吉锋教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目（2024YFC3407000）、国家自然科学基金（32270087）、中央高校基本科研业务费（20720240120）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59753-8
(文/图 袁吉锋教授团队)
