近日，生物工程学院薛闯教授科研团队在国际知名期刊《绿色化学》（Green Chemistry）上发表了一篇题为“重构酿酒酵母甲醇同化与还原型甘氨酸途径提高一碳回收”（Rewiring methanol assimilation and reductive glycine pathways inSaccharomyces cerevisiaeto increase one-carbon recovery）的研究论文，我校博士生齐明明为本文的第一作者，薛闯教授，康巍副教授和程驰副教授为共同通讯作者。

煤炭、石油和天然气等化石燃料的燃烧释放出大量的碳，增加了大气中CO₂的含量，从而放大了地球上的温室效应，导致全球气候变暖和极端气候事件频发，给人类和生态系统带来了巨大的影响。因此，CO₂捕获和利用技术的发展备受关注。除了直接固定CO₂外，液态一碳（C1）化合物的生物利用能够缓解能源短缺和环境问题，从而使其具备了实现碳中和的潜力与吸引力。其中，甲醇可以通过光催化或电催化从CO₂和氢（水的电解）中获得，易于获取且价格低廉，使其更有利于工业规模的生物制造。然而，甲醇的生物利用面临着重大挑战，包括需要葡萄糖作为共底物、中间代谢物甲醛的毒性以及代谢过程中的碳损失。这些因素阻碍了微生物的生长、降低了生物过程的成本效益。

酿酒酵母共利用甲醇和CO₂合成高附加值化合物示意图

为此，本研究开发了酿酒酵母甲醇利用菌株，同时整合还原型甘氨酸途径来减少碳损失。该方法使酿酒酵母甲醇利用率增加了2.3倍，生物量增加了1.5倍，同时实现了CO₂的回收再利用。甲醇同化途径与还原型甘氨酸途径的整合减轻了甲醛对细胞的毒性，促进了CO₂和甲醇的共利用。通过¹³C代谢追踪分析，首次证明了CO₂和甲醇可以共利用合成丙酮酸和甲羟戊酸（所有萜类化合物的关键前体）。作为概念验证，本研究在酿酒酵母中构建了大麻酚酸合成途径，使得大麻酚酸的产量相较于初始菌株提高了9.5倍。该研究在促进碳回收的同时，拓宽了酿酒酵母利用C1化合物的产物谱，为酿酒酵母利用甲醇和CO₂的可持续生物制造奠定了基础。

本研究得到了国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金科学联合项目的支持。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/gc/d4gc05254d