天津
近日，记者从天津港保税区管委会获悉，中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称“天津工生所”）低碳合成工程生物学全国重点实验室与天津科技大学生物工程学院等组成的联合科研团队，在海藻糖-6-磷酸（T6P）生物制造领域取得突破性进展，构建出无ATP依赖的最小多酶分子机器，实现了T6P的高效、低成本、规模化制备。
海藻糖-6-磷酸被誉为“植物胰岛素”，是植物体内调控碳分配和蔗糖转运的关键信号分子，直接影响作物产量与抗旱性等核心农艺性状。广泛科学研究表明，叶面喷施T6P可显著提升小麦、玉米、水稻等粮食作物及蔬菜的产量，增产幅度约为10%—40%，并能增强作物抗逆能力，是农业绿色提质的重要潜在工具。然而，传统T6P合成依赖化学合成或微生物发酵法，后者需要ATP、UDP等辅酶参与，且带电的T6P无法自由跨膜，导致产物积累效率极低，碳转化率不足50%，生产周期长、工艺稳定性差等问题直接制约其规模化应用。
针对这一行业痛点，以天津工生所体外合成生物学中心主任张以恒研究员为负责人的科研团队，创新性地设计了一条全新的体外合成生物学路径。该路径选用麦芽糖和多磷酸盐为底物，通过麦芽糖磷酸化酶、海藻糖-6-磷酸磷酸化酶和多磷酸葡萄糖激酶三种酶的协同作用，构建出无ATP、无其他昂贵辅酶依赖的“极简多酶分子机器”。该体系展现五大显著优势：无需昂贵辅酶、仅需三种酶、底物成本低廉、碳合成效率可达100%、反应方向近乎不可逆。
经过系统优化，科研团队在100毫升实验室规模下实现了93.1%的T6P摩尔产率；在生物反应器放大试验中，将麦芽糖浓度提升至200g/L后，仅用2小时即实现252g/LT6P二钠盐的合成，体积生产率达到126g/（L·h），创下全新纪录。该生物制造过程凸显了“超高产品浓度、超快反应速度、高产品得率”的“三高”特色。
记者了解到，与传统微生物发酵技术相比，该体外生物转化（ivBT）路径优势明显：在生产效率上，生产周期从“天级”压缩至“小时级”，生产率提升超百倍；在工艺可控性上，脱离细胞内复杂代谢网络干扰，产物纯度高，分离纯化工艺大幅简化；在成本与规模化上，无需发酵罐等大型复杂设备，每克酶可制备330gT6P，反应体系可实现线性放大；在环境友好性上，全程无有毒有害物质产生，无发酵废水、废渣排放，完全契合绿色生物制造发展趋势。
“此次突破不仅解决了T6P规模化制造的核心技术难题，更开辟了农业化学干预的新路径。”张以恒表示，与作物基因修饰相比，T6P叶面喷施技术更简单、安全，无需担心生物安全争议，更易获得公众认可，未来可通过无人机定时喷施，助力作物提质增产、增强抗逆能力，为应对全球粮食安全挑战提供新方案。据悉，该研究将体外合成生物学技术与农业应用需求深度结合，实现了T6P生物制造的效率与成本双突破，不仅丰富了二糖磷酸酯的合成方法，更为合成生物学技术在农业领域的转化应用提供了重要范例，具有广阔的市场前景和社会价值。
记者获悉，目前，该成果得到国家重点研发计划与合成生物学海河实验室重大项目的支持，相关技术已获中国发明专利。据了解，下一步，科研团队将继续推进技术优化，目前已与多个公司及科研单位展开深度合作，正在推进工业化放大试验，全力推动T6P工业化生产落地，同时探索其在不同作物、不同环境下的应用效果，助力农业高质量发展，为保障中国粮食安全提供“新安全伞”。
据悉，近年来，天津港保税区加速布局合成生物学产业赛道，积极构建“基础研究—技术攻关—成果转化”全链条创新生态，着力打造具有全国影响力的生物制造产业高地。该技术的产业化推进，将进一步助力区域生物制造产业集群提质升级。
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