结合光合细菌与CRISPR／Cas12a，华东理工构建卟啉高效合成新方法

6月5日，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室教授张立新、副教授谭高翼团队，提供了高效合成卟啉类产物的解决方案，为大规模生产血红素和其他具有重要工业和医学应用价值的卟啉提供了全新路线，有望重塑卟啉制造工业。相关研究成果在线发表于《自然—生物技术》。

卟啉被称为生命色素，是一种具有多种功能和活性的大环化合物，由4个吡咯环通过次甲基相连形成，通过不同的侧链修饰和金属离子替代可以产生多种卟啉化合物，如光动力治疗中使用的原卟啉IX（PPIX）、具有抗菌活性的粪卟啉III（CPIII），以及叶绿素、钴胺素（VB12）、血红素等天然化合物。绿色、高效、低成本的生产方式对卟啉工业具有重要意义。

研究团队将光合细菌Rhodobacter sphaeroides作为底盘微生物，构建了高效细胞工厂，通过偶联酶催化策略生产卟啉化合物。研究人员设计开发了基于CRISPR/Cas12a的高通量酶筛选平台获得高效的酶催化元件，并结合多种实验方法，实现了CPIII的高效酶促转化。

进一步地，研究团队在200L反应器中实现了CPIII的中试放大，并建立了基于重结晶的CPIII纯化工艺，产物纯度超过95%，回收率接近90%。此外，在5L反应器中通过酶催化放大合成血红素和锌卟啉，产量均为迄今报道的最高生产水平。值得一提的是，研究团队首次将CRISPR/Cas12a用于酶的高通量筛选，获得了高活性的脱羧酶，进而实现了血红素的高效合成。

微生物发酵联合酶催化合成卟啉化合物示意图及反应过程。图片来源于《自然—生物技术》 

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41587-024-02267-3