张立新团队Nature Biotech发文：开创卟啉化合物高效生物制造新纪元
张立新团队Nature Biotech发文：开创卟啉化合物高效生物制造新纪元
近日，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室张立新/谭高翼团队在血红素及卟啉化合物高效生物制造领域取得重大突破。相关研究成果以“High-yield porphyrin production through metabolic engineering and biocatalysis”为题，在生物技术领域国际顶级权威期刊《Nature Biotechnology》上发表。
创新性技术路线
研究团队创造性地采用光合细菌Rhodobacter sphaeroides作为底盘微生物，构建高效细胞工厂。通过CRISPRi技术进行关键基因筛选，并调控双组分系统prrAB的磷酸化水平，结合分批补料发酵策略，在5L反应器中实现了目标卟啉中间体CPIII的产量达到16.5 g/L。
为了实现CPIII的高效酶促转化，团队基于CRISPR/Cas12a技术开发了高通量酶筛选平台。值得一提的是，这是首次将CRISPR/Cas12a用于酶的高通量筛选，为酶工程领域提供了新的示范。
产业化前景广阔
研究团队进一步在200L反应器中完成了CPIII的中试放大，并建立了基于重结晶的纯化工艺，产物纯度超过95%，回收率接近90%。在5L反应器中，通过酶催化放大合成的血红素和锌卟啉产量分别达到10.8 g/L和21.3 g/L，均为迄今报道的最高生产水平。
技术经济分析表明，该技术路线具有显著的成本和制造优势。考虑到传统卟啉化合物生产方法存在合成困难、成本高、生物安全风险等问题，这一突破有望彻底变革整个卟啉制造工业。
团队实力雄厚
张立新教授是中国科学院病原微生物与免疫学重点实验室副主任，长期从事微生物天然产物药物研究，曾获“百人计划”优秀研究员和国家杰出青年科学基金等荣誉。团队在CRISPR技术应用方面具有深厚积累，此前提出的CAT-SMELOR策略已在Nature Communications等顶级期刊发表。
这一突破性成果不仅展示了我国在生物制造领域的技术实力，更为血红素和其他重要卟啉化合物的规模化生产提供了全新解决方案。随着进一步的产业化推进，该技术有望在医药、食品、能源等多个领域发挥重要作用。