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2026年7月27日，《自然-代谢》期刊在线发表了一项来自厦门大学袁吉锋团队的研究成果，论文标题为《A non-classical biosynthesis route enables tocopherol synthesis in bacteria》。该研究在光合细菌球形红杆菌中重构了一条非经典的维生素E（生育酚）生物合成路线，绕过传统植物合成途径中的关键中间体，实现了高产量的生育酚微生物发酵。
经典的生育酚植物合成途径需要经过多步甲基化和环化反应，并且依赖于2,3-二甲基-5-植基-1,4-苯醌（DMPBQ）作为中间体来完成α-生育酚的合成。研究团队将来自假单胞菌的4-羟基苯丙酮酸双加氧酶（HPPD）、来自集胞藻的尿黑酸植基转移酶（HPT）以及来自拟南芥的生育酚环化酶（TC）引入球形红杆菌，预期获得δ-生育酚，却在发酵液中检测到了α-生育酚的生成。通过野生型菌株的细胞裂解液喂养实验，研究团队证实球形红杆菌自身具备将δ-生育酚、β-生育酚和γ-生育酚全部转化为α-生育酚的能力。该结果促使团队对球形红杆菌基因组中潜在的甲基转移酶展开了系统搜索。
生物信息学分析显示，球形红杆菌中负责辅酶Q10合成的UbiE酶与已知的生育酚甲基转移酶具有较低的序列同源性，却在细胞裂解液中展现出将δ-生育酚依次转化为γ/β-生育酚和α-生育酚的双功能甲基转移酶活性。当研究团队在UbiE的基因表达被抑制的菌株中重复该喂养实验，α-生育酚的生成量明显减少。研究团队进一步将球形红杆菌的UbiE基因在大肠杆菌中异源表达，发现该菌株的细胞裂解液同样能够转化β-生育酚为α-生育酚，并且通过分子动力学模拟和定点突变实验，确认了UbiE催化口袋中的R143和N144残基对甲基转移活性不可或缺。该酶绕过了传统途径中由MPBQ甲基转移酶催化的DMPBQ合成步骤，直接在生育酚环化之后完成甲基化修饰。
研究团队注意到，在生育酚合成过程中并未检测到生育三烯酚的积累，这暗示球形红杆菌可能具备将生育三烯酚还原为生育酚的内源能力。他们锁定了参与细菌叶绿素合成的BchP酶，即香叶基香叶基焦磷酸还原酶（GR），该酶负责将香叶基香叶基焦磷酸还原为植基焦磷酸。在大肠杆菌中单独表达BchP无法实现δ-生育三烯酚到δ-生育酚的转化，而当研究团队同时共表达来自球形红杆菌的铁氧还蛋白FdxA和铁氧还蛋白还原酶Fdr之后，BchP介导的还原反应得以成功进行，δ-生育酚的生成被清晰地检测到。该发现为在其他异源宿主中实现生育酚合成提供了关键的酶元件和辅因子搭配策略。
为了提高前体供应，研究团队敲除了球形红杆菌中抑制光合基因表达的转录调控因子ppsR，使得类胡萝卜素八氢番茄红素酮的产量提升了3.9倍，并以此为筛选标记引入来自玉米黄素副球菌的甲羟戊酸（MEV）途径，通过Tn5转座子随机整合构建了高产香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）的突变库。借助颜色筛选获得了MEV14菌株，其八氢番茄红素酮的摇瓶产量相较出发菌株提高了45倍以上。研究团队随后在该高产平台上再次通过转座子整合了增强分支酸途径的反馈抗性基因aroG和tyrA，以及完整的生育酚合成模块，获得了重组菌株VET05，在摇瓶发酵中生育酚总产量达到508.21毫克/升，相较于初始菌株提升了82倍。发酵液中的生育酚组成为δ-生育酚占58%、γ/β-生育酚占22%、α-生育酚占20%，中间产物的积累暗示甲基供体S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的供应可能存在不足。
研究团队在培养基中外源添加了SAM及其前体L-甲硫氨酸，发现α-生育酚的比例得到显著提升，而δ-生育酚几乎完全转化为γ/β-生育酚。他们同时添加了抗氧化剂2-羟丙基β-环糊精以保护产物稳定性，在摇瓶中将生育酚总产量提升至620.6毫克/升，其中α-生育酚占比达到37.3%。在5升发酵罐中进行补料分批发酵后，重组菌株VET05在136小时时实现了3.51克/升的生育酚总产量，包含65%的γ/β-生育酚和35%的α-生育酚。该产量大幅超越了目前已报道的所有微生物维生素E合成记录，为生育酚的绿色工业化生产开辟了一条全新的路径。
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