上海交大倪俊团队开发iMECS策略转化木质素合成添加剂类天然产物

近日，上海交通大学生命科学技术学院/张江高等研究院合成科学创新研究中心倪俊副教授团队在《Nature Synthesis》在线发表了题为“Chemoenzymatic platform with coordinated cofactor self-circulation for lignin valorization”的最新研究成果。该研究成功突破了木质素转化和香料等添加剂类天然产物合成中长期存在的两大技术瓶颈——辅因子依赖成本高和催化效率低，为木质素资源的可持续高值利用提供了全新解决方案。上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢全国重点实验室、张江高等研究院合成科学创新研究中心倪俊副教授为论文通讯作者，上海交通大学博士生刘良叙为该论文第一作者，上海交通大学为第一单位。

木质素的增值转化是实现经济可行、环境友好的木质纤维素生物炼制的关键步骤。然而，木质素结构复杂、难以降解，其高附加值利用受制于对昂贵辅因子的依赖以及现有转化体系效率较低等问题。针对这一挑战，倪俊课题组通过无缝整合无细胞蛋白合成（CFPS）技术与辅因子自循环系统，提出并构建了体外多酶协调表达与辅因子自循环系统（iMECS），实现了对木质素衍生物的高效生物催化转化。

研究团队系统评估了iMECS平台在不同天然产物合成路径中的通用性与适应性，成功实现了包括姜黄素、香兰素和覆盆子酮在内的多种香料等添加剂类天然产物的高效合成。在不添加外源辅因子的条件下，各目标产物的转化率均超过90%。此外，该平台具备高度模块化特性，能够通过酶种更换与途径扩展，灵活应对多类苯丙素化合物的合成需求。进一步结合木质素的化学解聚技术，iMECS系统可直接将富含木质素的农业废弃物高效转化为高值产物，其整体催化效率较现有体系提升高达48倍。

综上，这项研究精心设计了天然产物合成途径的功能模块，并巧妙引入了辅因子自循环模块。借助DNA层面的精准调控技术，成功实现了前体物质、能量供应与还原力的动态平衡。此外，这种基于无细胞体系的原型设计不仅展示了强大的合成潜力，更为香料添加剂类高效细胞工厂的开发与应用提供了坚实的理论与技术基础，为未来相关领域的创新与发展开辟了新的道路。

该工作得到国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划和光玥生物的支持，在此同时感谢邓子新教授和许平教授等专家学者的帮助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00819-2

作者： 生命科学技术学院，张江高等研究院合成科学创新研究中心 供稿单位： 生命科学技术学院，张江高等研究院合成科学创新研究中心