大肠杆菌代谢工程实现月桂基葡萄糖苷的从头合成：一种绿色可持续的表面活性剂生产新策略

本研究针对传统化学法合成月桂基葡萄糖苷(Lauryl glucoside)的不可持续性问题，通过在大肠杆菌E. coli BL21(DE3)中构建新型生物合成途径，优化前体1-十二醇(1-dodecanol)产量达185.39 mg/L，并筛选出高效UDP-糖基转移酶MtH2实现转化(产量13.44 mg/L)。该工作为化妆品用表面活性剂的微生物合成提供了创新解决方案。

　　

随着石油资源枯竭和环境问题加剧，传统化工行业面临严峻挑战。在化妆品领域，月桂基葡萄糖苷(Lauryl glucoside)作为一种价值5亿美元的非离子表面活性剂，因其生物可降解性和皮肤温和性备受青睐。然而，当前通过高温酸性条件下化学缩合1-十二醇(1-dodecanol)与葡萄糖的生产工艺，不仅依赖不可再生的石油或植物原料，还伴随高能耗和污染。更棘手的是，自然界尚未发现能天然合成该化合物的微生物，这主要归因于微生物缺乏特异性前体（1-dodecanol）和催化糖基化的关键酶。

针对这一瓶颈，泰国清迈大学的Kasimaporn Promubon等研究者在《BioDesign Research》发表创新成果。他们通过在大肠杆菌E. coli BL21(DE3)中设计全新代谢途径，首次实现了月桂基葡萄糖苷的微生物合成。研究团队采用三阶段策略：首先构建1-dodecanol合成途径（含异源酶Tes12、CAR、Sfp和天然FAS通路），随后筛选高效UDP-糖基转移酶(UGT)，最后通过底物补充突破代谢瓶颈。关键技术包括GC-FID和HPLC定量分析、LC-MS验证产物结构，以及通过发酵产物监测碳通量重定向。

1. 1-dodecanol对大肠杆菌的毒性评估

研究发现0-2.0 mM浓度范围内，1-dodecanol不会显著抑制E. coli生长。通过形成胶束结构，该两亲性分子在高浓度时反而降低细胞膜毒性，这为后续生产奠定基础。

2. 1-dodecanol生产的优化

引入十二烷(dodecane)溶剂覆盖层使产量提升42%（139.62 mg/L），1.0 mM IPTG诱导条件下产量达185.39 mg/L。代谢分析显示乙酸(acetate)产量显著降低，表明碳流成功转向目标产物。

3. 月桂基葡萄糖苷的生产

在六种测试的UGT中，来自蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)的MtH2表现最优（胞外产量0.72 mg/L）。LC-MS在m/z 348.5处检测到特征峰，确证产物结构。

4. 底物瓶颈的确定

当1-dodecanol添加量加倍至2.0 mM时，MtH2菌株产量提升18倍（13.44 mg/L），证实前体供应是限制因素。

讨论与意义

该研究首次将月桂基葡萄糖苷生物合成途径模块化：前体合成模块（Tes12/CAR/Sfp）与糖基化模块（MtH2）的协同作用，为类似高值化合物的设计提供范式。值得注意的是，虽然MtH2对C8醇活性更高，但通过代谢工程改造仍实现C12衍生物的高效转化。发酵监测显示乙酸减少揭示碳流重定向机制，建议未来通过敲除ackA基因进一步优化。

这项工作的突破性在于：① 创建了非天然产物的全新生物合成路线；② 发现UGT底物特异性规律，为酶工程提供靶点；③ 证实微生物工厂替代传统化工的可行性。尽管当前产量距工业化仍有差距，但该平台为开发更多可持续化妆品成分开辟了新途径，符合全球绿色制造趋势。清迈大学团队通过多学科交叉策略，将合成生物学技术成功应用于实际化工产品生产，展现出代谢工程在解决资源环境问题中的巨大潜力。