檀香精油，源于檀香木心材，以其深邃、温暖、持久的独特木质香气，被誉为“液体黄金”，是世界最顶级的天然香料之一。其核心价值成分--檀香醇，在香水、化妆品、医药和宗教仪式中需求巨大。然而，檀香木生长缓慢（需数十年成材），资源稀缺且过度采伐导致价格极其昂贵（市场价约2500美元/公斤），供应极不稳定。利用合成生物学构建微生物“芳香本草细胞”，实现檀香精油等香精香料的可持续、规模化发酵生产，是解决资源瓶颈、保障稳定供应的理想途径，前期中国科学院天津工业生物技术研究所团队成功创建了“玫瑰精油酵母”并已经进入产业化阶段。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所微生物代谢工程研究团队运用亚细胞区室工程策略，聚焦于过氧化物酶体（Peroxisome）的改造与利用，开发P450酶过氧化物酶体表面展示技术，解决了该途径中细胞色素P450酶的催化瓶颈，成功构建了高效生产檀香醇的酵母细胞工厂，创造了目前文献报道的最高产量记录（10.4 g/L），为檀香精油的绿色、低成本生物制造奠定了坚实基础。

研究团队首先利用过氧化物酶体靶向信号肽ePTS1，将甲羟戊酸（MVA）途径和檀香醇合成途径的关键酶靶向定位至过氧化物酶体内部，使檀香烯及檀香醇总产量提升5.1倍，达到0.9 g/L。然而，檀香烯至檀香醇的转化率仅为31.0%。对P450-ePTS1进行荧光观察发现，P450酶因含有较长N端跨膜域无法被C端短肽ePTS1有效导入酶体基质。为解决此问题，团队创新性地截断了该P450酶的跨膜域，并将其C端与过氧化物酶体膜蛋白Pex15的C端68个氨基酸（作为膜锚定单元）融合，成功实现了该P450酶在过氧化物酶体膜表面的精准定位，檀香烯的转化率提升至36.2%。进一步工作中，为P450酶的膜表面展示提供了更大空间，增加了过氧化物酶体表面数量，成功将转化率进一步提升至60.6%。最终，在5升发酵罐中进行补料分批发酵，檀香醇产量高达10.4 g/L，创下目前文献报道的最高水平。该研究成功证明：通过工程化改造酵母过氧化物酶体，可有效突破P450酶限制，为复杂植物天然产物的高效生物合成提供了新策略。

该研究工作得到国家重点研发计划、合成生物学海河实验室、天津市合成生物技术创新能力提升行动和国家自然科学基金等项目的资助，相关成果已发表于国际学术期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry，并申请专利多项。中国科学院天津工业生物技术研究所高级工程师王冬为论文第一作者，中国科学院天津工业生物技术研究所、国家合成生物技术创新中心戴住波研究员和张学礼研究员为论文的共同通讯作者。

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工程化酵母过氧化物酶体生产檀香精油