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对苯二甲酸（TPA）传统生产依赖化石燃料，环境影响大。研究人员设计酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）细胞工厂合成 TPA。成功构建菌株，优化发酵策略，TPA 产量达 131.5mg/L。为 TPA 可持续生产提供新途径。
在化工领域，对苯二甲酸（Terephthalic Acid，TPA）可是个 “大忙人”！它广泛用于制造塑料薄膜、瓶容器，在制药行业也作为重要的中间体发挥作用。随着全球对环保的重视，传统依赖化石燃料的 TPA 生产方式备受争议。传统的 TPA 合成主要通过对二甲苯（
p-xylene）氧化，使用醋酸作溶剂、钴锰溴离子作催化剂，不仅依赖不可再生资源，溴的使用还带来操作风险和环境污染问题。在这样的背景下，开发可持续的 TPA 生产方法迫在眉睫，微生物合成 TPA 的研究应运而生。
来自未知研究机构的研究人员致力于解决 TPA 生产的可持续性难题，开展了利用酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）细胞工厂合成 TPA 的研究。他们成功设计出能合成 TPA 的酿酒酵母细胞工厂，通过一系列工程技术优化，使 TPA 产量达到 131.5mg/L，转化率为 24.1mol% 。这一成果意义重大，为 TPA 的可持续生产提供了新的可能，推动了绿色化学在工业生产中的应用。该研究成果发表在《Biochemical Engineering Journal》上。
研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先是基因工程技术，敲除酿酒酵母中六个醇脱氢酶基因，阻断中间代谢物的分支代谢途径；接着通过筛选整合位点，将关键基因整合到酵母基因组中；还运用了酶融合工程技术，提高特定酶的表达和催化效率；最后通过优化发酵策略，逐步提升 TPA 的产量。
在工程酿酒酵母底盘以减轻醛降解的研究中，研究人员发现酿酒酵母底盘含有 30 多种内源性氧化还原酶，会导致芳香醛被还原。于是敲除六个醇脱氢酶基因，构建出工程化酿酒酵母菌株作为底盘细胞，减少了中间代谢物如对甲基苯甲醛（p-tolualdehyde）和 4 - 羧基苯甲醛的不必要转化，为后续 TPA 的合成奠定基础。
在筛选整合位点提高对甲基苯甲酸（p-toluic acid）滴度的研究中，研究人员对酿酒酵母基因组的多个位点进行筛选，找到合适的整合位点后，将相关基因整合进去。结果显示，优化后的菌株中对甲基苯甲酸的滴度得到显著提升，这表明筛选整合位点对提高中间产物的产量至关重要，有利于后续 TPA 的合成。
经过几轮整合和酶融合工程，研究人员成功在酿酒酵母中表达了异源 TsaMB 酶。通过多轮基因操作和融合技术，使酿酒酵母具备了合成 TPA 的关键酶，开启了 TPA 生物合成的大门。
在发酵优化方面，研究人员逐步优化发酵条件，发现增加tsaC基因的拷贝数可使 4 - 羧基苄醇（4-carboxybenzyl alcohol）的滴度提高 2.6 倍，TPA 的滴度提高 33.5%。通过调整发酵过程中的各种参数，如营养成分、温度、时间等，找到影响 TPA 产量的关键因素，实现了 TPA 产量的大幅提升。
研究结论表明，酿酒酵母细胞工厂能够将对二甲苯成功转化为 TPA。底盘细胞工程与系统的整合位点筛选显著增强了对甲基苯甲酸的生物合成；多拷贝整合提高了 TsaMB 酶的催化效率；酶融合工程使 4 - 羧基苄醇产量提高 3.3 倍；逐步优化发酵使 TPA 产量提高 33.5%。
这项研究在工业生产领域意义非凡。它为 TPA 的可持续生产开辟了新道路，减少了对化石燃料的依赖，降低了环境污染。同时，也为其他化学品的微生物合成提供了宝贵的借鉴经验，推动了微生物细胞工厂在绿色化学工业中的广泛应用。未来，有望在此基础上进一步优化生产工艺，提高 TPA 产量，实现微生物合成 TPA 的工业化大规模生产。
