近期，我校生物工程学院白仲虎教授团队杨艳坤课题组深入剖析了甲醇代谢途径，综述了合成的甲基营养微生物代谢工程的最新进展，以“Methanol metabolism in synthetic methylotrophic microorganisms”为题正式发表于Biotechnology Advances。
甲醇作为一碳（C1）底物，因其丰富性、高还原度及低成本优势，成为生物制造的理想碳源。天然甲基营养微生物虽能代谢甲醇，但受限于遗传工具匮乏和生长效率低，工业应用受限。通过合成生物学改造非天然宿主实现甲醇利用，成为突破方向。
1.甲醇代谢路径核心机制
甲醇代谢分为氧化（产能）和同化（生物合成）途径。甲醇首先被氧化为甲醛，甲醛为代谢枢纽，其同化有四条核心途径：1）RuMP途径（细菌主导）：甲醛与核酮糖-5-磷酸（Ru5P）缩合。2）XuMP途径（酵母特有）：甲醛与木酮糖-5-磷酸（Xu5P）缩合。3）丝氨酸循环：甲醛经亚甲基-THF与甘氨酸缩合。4）还原甘氨酸途径（rGlyP）：直接同化甲酸/CO₂，经甘氨酸裂解系统（GCS）生成丝氨酸并转化为丙酮酸。
2.合成的甲基营养菌工程策略
人工构建合成的甲基营养菌的主要策略：1）途径移植：在E. coli中构建RuMP循环，结合适应性进化（ALE），倍增时间显著缩短；模块化设计rGlyP，实现了E. coli以甲酸为唯一碳源生长；酵母中组合RuMP/XuMP实现甲醇辅助生长。2）酶工程革新：定向进化提升甲醇脱氢酶MDH活性；优化辅因子偏好；过表达甲醛脱氢酶（FLDH）缓解甲醛毒性。3）系统级设计：动态调控（甲醛诱导启动子平衡代谢流）；细胞区室化（酵母过氧化物酶体封装AOX-XuMP）；计算设计新型途径（如ATP无关的EuMP循环）。
3.工业应用与展望
合成的甲基营养工程菌已实现多种产品的合成，如：①大肠杆菌产丙酮（2.6 g/L）、琥珀酸（碳收率0.98 g/g）；②Ogataea polymorpha产脂肪酸（15.9 g/L）；③K. phaffii产赤藓糖醇（31.5 g/L）。合成的甲基营养微生物通过理性设计天然/人工C1代谢网络，结合动态调控与进化工程，正逐步解锁甲醇生物制造的潜力，为碳中和背景下的绿色生物制造提供新范式。
杨艳坤副教授为论文的通讯作者，博士生臧秀为第一作者。上述研究得到了国家自然科学基金面上项目（32370054）的资助。
近年来白仲虎教授团队围绕毕赤酵母甲醇代谢分子机制与应用、重组蛋白表达与制备开展研究，取得系列重要进展，部分成果发表在Biotechnology Advances (2025)，Journal of Agricultural and Food Chemistry (2025)，Journal of Biotechnology (2025)，Systems Microbiology and Biomanufacturing (2025)，Nature Catalysis (2023)，ChemBioChem (2023)，Biotechnology and Bioengineering (2021)，Enzyme and Microbial Technology (2020)，Yeast (2020)等本领域权威期刊。相关研究获得国家重点研发计划（2021YFC2100203）、国家自然科学基金（32370054、31570034、21908077）、江苏省自然科学基金（BK20150148）等资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2025.108623
研究成果
