我國(guó)科學(xué)家在自然科學(xué)研究領(lǐng)域取得一項(xiàng)突破性進(jìn)展，成功利用釀酒酵母實(shí)現(xiàn)了β-內(nèi)酰胺類抗生素關(guān)鍵母核的從頭合成。這一成果不僅為抗生素的綠色生物制造開辟了新路徑，更標(biāo)志著我國(guó)在合成生物學(xué)與醫(yī)藥生物技術(shù)交叉領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。

β-內(nèi)酰胺類抗生素是人類歷史上最廣泛使用的一類抗菌藥物，包括青霉素、頭孢菌素等經(jīng)典藥物，其核心結(jié)構(gòu)——β-內(nèi)酰胺環(huán)的合成一直依賴傳統(tǒng)化學(xué)方法或特定微生物發(fā)酵。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法存在步驟繁瑣、能耗高、環(huán)境污染等問題。研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，以釀酒酵母這一模式真核生物為細(xì)胞工廠，通過(guò)系統(tǒng)性的代謝工程改造，成功構(gòu)建了從簡(jiǎn)單碳源到β-內(nèi)酰胺母核的完整生物合成途徑。

該研究的創(chuàng)新之處在于，團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)基因組挖掘與酶學(xué)表征，鑒定并優(yōu)化了多個(gè)關(guān)鍵酶的功能，包括異源表達(dá)與定向進(jìn)化改造；通過(guò)精細(xì)調(diào)控酵母的中心代謝網(wǎng)絡(luò)，解決了前體供應(yīng)不平衡、中間產(chǎn)物毒性、競(jìng)爭(zhēng)途徑分流等瓶頸問題；利用合成生物學(xué)策略重構(gòu)了酵母的代謝流，使其能夠高效地將葡萄糖等廉價(jià)原料轉(zhuǎn)化為具有光學(xué)純度的β-內(nèi)酰胺核心結(jié)構(gòu)6-氨基青霉烷酸（6-APA）類似物。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，改造后的酵母工程菌株產(chǎn)量達(dá)到了毫克每升級(jí)別，且產(chǎn)物純度顯著優(yōu)于部分傳統(tǒng)工藝。

這項(xiàng)研究的科學(xué)意義深遠(yuǎn)。它首次在真核酵母中實(shí)現(xiàn)了β-內(nèi)酰胺母核的完整異源合成，證明了復(fù)雜次級(jí)代謝產(chǎn)物在非天然宿主中重構(gòu)的可行性；它提供了一種可持續(xù)、可調(diào)控的抗生素生產(chǎn)新模式，有望降低對(duì)化石原料的依賴及生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境足跡；更重要的是，該平臺(tái)為通過(guò)組合生物合成創(chuàng)造新型β-內(nèi)酰胺衍生物奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，未來(lái)或可加速針對(duì)耐藥菌的“下一代”抗生素研發(fā)。

目前，研究團(tuán)隊(duì)正致力于進(jìn)一步提升菌株的生產(chǎn)性能與經(jīng)濟(jì)性，并探索將該平臺(tái)拓展至其他高價(jià)值內(nèi)酰胺類化合物的合成。這項(xiàng)發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊的研究，充分展示了合成生物學(xué)“設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試-學(xué)習(xí)”循環(huán)的強(qiáng)大能力，是我國(guó)基礎(chǔ)研究面向產(chǎn)業(yè)需求、解決實(shí)際問題的生動(dòng)體現(xiàn)，也為全球應(yīng)對(duì)抗菌素耐藥性挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧與方案。