近日，中国科学院天津工业生物技术研究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单位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。该团队成功构建出多酶分子机器，实现了T6P的高效、低成本、规模化制备。该生物制造过程凸显出“超高产品浓度（＞250 g/L）、超快反应速度（＞126 g/(L·h)，比一般发酵快100倍）、高产品得率（＞93%）”的“三高”特色。相关论文已发表于中国优秀学术期刊Bioresources and Bioprocessing (《生物资源与生物加工》），用实际行动支持学术期刊国产化。

海藻糖-6-磷酸被誉为“植物胰岛素”，是植物体内关键的信号分子，能够调控碳分配和蔗糖转运，直接影响作物产量、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%。同时，T6P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，传统的T6P合成方法以化学合成与微生物发酵法为主。后者途径不仅需要ATP、UDP等辅酶以及辅酶再生，带电的T6P无法自由跨膜，导致产物积累效率极低；同时发酵过程受菌体代谢等因素的影响，工艺稳定性差，碳转化率不足50%，底物浪费严重，且生产周期长，这些问题直接制约了其规模化应用。

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作为底物，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”。该科研团队在100 mL实验室规模下实现了93.1%的T6P摩尔产率，仅用2个小时就实现252 g/L T6P二钠盐的合成，体积生产率达到126 g/(L·h)，创下T6P制备的全新纪录。

“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。”张以恒研究员表示，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。

Bioresources and Bioprocessing主编许建和教授对该研究给予高度评价，他认为，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，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。

据悉，该研究成果得到了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，相关技术已获得中国发明专利（专利号：CN 120718979B）。论文第一作者为天津科技大学硕士研究生刘博华，通讯作者为张以恒研究员与天津科技大学校长路福平。该体外合成生物学平台（ivBT）突破了“唯细胞论”的生物制造限制，为生物制造领域提供了全新的技术范式，有望推动相关高价值生物产品的产业化发展迈入新阶段。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，正推进工业化放大试验，全力推动T6P工业化生产落地，为保障中国粮食安全提供“新安全伞”。

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多酶分子机器高效合成海藻糖六磷酸，助力国家粮食安全