近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院/張江高等研究院合成科學(xué)創(chuàng)新研究中心倪俊副教授團(tuán)隊(duì)在《Nature Synthesis》在線發(fā)表了題為“Chemoenzymatic platform with coordinated cofactor self-circulation for lignin valorization”的最新研究成果。該研究成功突破了木質(zhì)素轉(zhuǎn)化和香料等添加劑類(lèi)天然產(chǎn)物合成中長(zhǎng)期存在的兩大技術(shù)瓶頸——輔因子依賴(lài)成本高和催化效率低，為木質(zhì)素資源的可持續(xù)高值利用提供了全新解決方案。上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、張江高等研究院合成科學(xué)創(chuàng)新研究中心倪俊副教授為論文通訊作者，上海交通大學(xué)博士生劉良敘為該論文第一作者，上海交通大學(xué)為第一單位。

木質(zhì)素的增值轉(zhuǎn)化是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行、環(huán)境友好的木質(zhì)纖維素生物煉制的關(guān)鍵步驟。然而，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以降解，其高附加值利用受制于對(duì)昂貴輔因子的依賴(lài)以及現(xiàn)有轉(zhuǎn)化體系效率較低等問(wèn)題。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，倪俊課題組通過(guò)無(wú)縫整合無(wú)細(xì)胞蛋白合成（CFPS）技術(shù)與輔因子自循環(huán)系統(tǒng)，提出并構(gòu)建了體外多酶協(xié)調(diào)表達(dá)與輔因子自循環(huán)系統(tǒng)（iMECS），實(shí)現(xiàn)了對(duì)木質(zhì)素衍生物的高效生物催化轉(zhuǎn)化。

研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)評(píng)估了iMECS平臺(tái)在不同天然產(chǎn)物合成路徑中的通用性與適應(yīng)性，成功實(shí)現(xiàn)了包括姜黃素、香蘭素和覆盆子酮在內(nèi)的多種香料等添加劑類(lèi)天然產(chǎn)物的高效合成。在不添加外源輔因子的條件下，各目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率均超過(guò)90%。此外，該平臺(tái)具備高度模塊化特性，能夠通過(guò)酶種更換與途徑擴(kuò)展，靈活應(yīng)對(duì)多類(lèi)苯丙素化合物的合成需求。進(jìn)一步結(jié)合木質(zhì)素的化學(xué)解聚技術(shù)，iMECS系統(tǒng)可直接將富含木質(zhì)素的農(nóng)業(yè)廢棄物高效轉(zhuǎn)化為高值產(chǎn)物，其整體催化效率較現(xiàn)有體系提升高達(dá)48倍。

綜上，這項(xiàng)研究精心設(shè)計(jì)了天然產(chǎn)物合成途徑的功能模塊，并巧妙引入了輔因子自循環(huán)模塊。借助DNA層面的精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了前體物質(zhì)、能量供應(yīng)與還原力的動(dòng)態(tài)平衡。此外，這種基于無(wú)細(xì)胞體系的原型設(shè)計(jì)不僅展示了強(qiáng)大的合成潛力，更為香料添加劑類(lèi)高效細(xì)胞工廠的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，為未來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。

該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和光玥生物的支持，在此同時(shí)感謝鄧子新教授和許平教授等專(zhuān)家學(xué)者的幫助。

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