中国科学院青岛生物能源与过程研究所大宗化学品团队近日在低成本高效生物合成3-羟基丙酸的关键技术上取得突破。

3-羟基丙酸是美国能源部公布的12种高附加值生物基平台化学品之一。其结构的特殊性使其成为合成多种化合物的前体物质，利用廉价的生物质原料进行微生物合成3-羟基丙酸是代谢工程领域热门研究方向之一。

双功能酶——丙二酸单酰辅酶A还原酶（MCR）是3-羟基丙酸合成新途径中的关键酶，自身具有醛脱氢酶和醇脱氢酶的功能，可催化两步反应，将脂肪酸合成的前体物质丙二酸单酰辅酶A经中间体丙二酸半醛转化为3-羟基丙酸。该所科研人员通过对该蛋白序列的分析，将MCR蛋白成功拆分为MCR-C和MCR-N两部分，每个部分可独立催化一步反应。更为重要的是，拆分后的蛋白对底物丙二酸单酰辅酶A有着更高的亲和力，酶活力远高于野生型MCR，同时3-羟基丙酸产量也得到了一定提高。

将MCR拆分为两个片段后，研究人员发现细胞内MCR-C和MCR-N的催化能力严重失衡是影响3-羟基丙酸产量的重要因素。为解决该问题，他们通过定向进化将MCR-C蛋白的催化效率提升15倍，使3-羟基丙酸的产量得到数百倍的增长，从根本上解决了该途径3-羟基丙酸产量过低的问题。