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  这一数字背后是一场持续数年的科研攻坚ღ✿✿✿★。从最初每升11.4克的实验室成果ღ✿✿✿★,到如今翻倍的产量ღ✿✿✿★,再到已成功落地的百吨级年产规模ღ✿✿✿★,周雍进团队走出了一条将基础研究与产业需求深度融合的创新之路ღ✿✿✿★。

  “我们不仅要追求学术上的理论创新ღ✿✿✿★,还要力求解决产业痛点ღ✿✿✿★,实现‘实验室数据’向‘经济可行的生产工艺’转化AG凯发下载ღ✿✿✿★,让生物技术真正服务于绿色制造ღ✿✿✿★。”周雍进说ღ✿✿✿★。

  香紫苏醇ღ✿✿✿★,这个对大众而言略显陌生的名词ღ✿✿✿★,在香料和医药领域ღ✿✿✿★,却是一种备受瞩目的高价值天然产物ღ✿✿✿★。

  它不仅是合成高级香料降龙涎醚不可或缺的关键前体ღ✿✿✿★,更在医药研究中展现出抗炎ღ✿✿✿★、抗菌ღ✿✿✿★、抗肿瘤等多种潜在药理活性ღ✿✿✿★。其衍生物在神经系统疾病和代谢疾病治疗中的应用探索也方兴未艾ღ✿✿✿★。

  “团队最初聚焦香紫苏醇的生物合成ღ✿✿✿★,源于其高价值ღ✿✿✿★、高需求的特点ღ✿✿✿★,然而用传统工艺制造ღ✿✿✿★,它的生产瓶颈也十分明显ღ✿✿✿★。”大连化物所副研究员高教琪介绍道ღ✿✿✿★。

  此前ღ✿✿✿★,香紫苏醇主要从植物鼠尾草中提取ღ✿✿✿★,不仅生产周期长ღ✿✿✿★、收得率低ღ✿✿✿★,而且严重受气候条件制约蜜桃95ღ✿✿✿★。而化学合成法则步骤较为繁琐ღ✿✿✿★,并且可能带来环境污染问题ღ✿✿✿★。

  “我们想利用微生物发酵技术ღ✿✿✿★,突破传统生产方式的限制ღ✿✿✿★,实现香紫苏醇的绿色ღ✿✿✿★、高效ღ✿✿✿★、规模化生产ღ✿✿✿★。”周雍进说ღ✿✿✿★。

  通过前期对酵母中心代谢途径的系列系统改造ღ✿✿✿★,团队实现了以葡萄糖为原料高效合成香紫苏醇ღ✿✿✿★,并成功将其产量提升至11.4克/升ღ✿✿✿★,为构建高效萜类合成细胞工程提供了理论指导蜜桃95ღ✿✿✿★。

  “在长期发酵过程中ღ✿✿✿★,我们观察到ღ✿✿✿★,细胞老化和有毒代谢物积累导致酵母在生长后期活力骤降ღ✿✿✿★,产物合成几乎停滞蜜桃95ღ✿✿✿★。”高教琪描述道ღ✿✿✿★,“这限制了产量的进一步提升ღ✿✿✿★。”

  这一现象促使团队深入思考ღ✿✿✿★:一个高效的“细胞工厂”难道仅仅意味着在短时间内代谢通量高吗?类比工业生产ღ✿✿✿★,若要保证一条生产线持续高效产出ღ✿✿✿★,除了工人的技艺娴熟蜜桃95蜜桃95ღ✿✿✿★,更需要他们保持旺盛的工作精力ღ✿✿✿★,避免过度疲劳ღ✿✿✿★。同样ღ✿✿✿★,对于微生物细胞工厂而言ღ✿✿✿★,延长其“工作寿命”AG凯发下载AG凯发下载ღ✿✿✿★,或许才是从根本上解决发酵后期产能衰减的关键AG凯发下载ღ✿✿✿★。

  正是基于对这一实际瓶颈的敏锐观察ღ✿✿✿★,让“细胞寿命改造”与“高效细胞工厂”这两个概念ღ✿✿✿★,在团队的科研蓝图中紧密地联系在了一起ღ✿✿✿★。

  “部分延长细胞寿命的改造策略ღ✿✿✿★,虽然确实让细胞存活更久ღ✿✿✿★,却导致其生长速率下降ღ✿✿✿★,最终结果竟是寿命延长了ღ✿✿✿★,香紫苏醇的产量却不升反降ღ✿✿✿★。”高教琪回忆道ღ✿✿✿★,那段时间ღ✿✿✿★,他们陷入了长达近10个月的技术瓶颈期ღ✿✿✿★。“寿命延长但产量不增”的怪圈ღ✿✿✿★,一度让团队成员对技术路线的可行性产生了怀疑ღ✿✿✿★。

  转机总在不经意间出现ღ✿✿✿★。反复尝试并组合各种改造策略时ღ✿✿✿★,团队偶然观察到ღ✿✿✿★,在弱化营养感知的同时ღ✿✿✿★,如果协同增强线粒体自噬ღ✿✿✿★,能够使发酵后期的香紫苏醇合成产量显著提升70%AG凯发下载ღ✿✿✿★。

  “最初我们甚至以为这是实验误差ღ✿✿✿★。”高教琪笑着回忆ღ✿✿✿★,“直到重复验证了3次ღ✿✿✿★,才敢确认这个令人振奋的结果是真的ღ✿✿✿★。”

  后续的组学分析也印证了该结果ღ✿✿✿★。这相当于对细胞进行了一次“精细化健康管理”——“轻度营养限制”减少了细胞冗余的代谢消耗ღ✿✿✿★,避免了“虚胖”ღ✿✿✿★;而“选择性线粒体自噬”则能精准清除那些功能受损的线粒体ღ✿✿✿★,同时保留功能正常的“能量工厂”ღ✿✿✿★,确保了细胞的持续高效供能AG凯发下载ღ✿✿✿★。用团队的话说AG凯发下载ღ✿✿✿★,这就像是“让细胞少吃但吃好ღ✿✿✿★,同时及时更换老化零件”ღ✿✿✿★,从而实现了“健康长寿”与“持续高产”的统一ღ✿✿✿★。

  “我们首次将寿命系统改造与代谢工程相结合ღ✿✿✿★,将香紫苏醇产量从11.4克/升提升至25.9克/升ღ✿✿✿★,为构建高效微生物细胞工厂提供了一种全新的范式ღ✿✿✿★。”周雍进总结道ღ✿✿✿★。

  这一策略也具有显著的普适性ღ✿✿✿★。细胞衰老导致的“生产持续性下降”是微生物合成各类化合物的共性瓶颈ღ✿✿✿★,而寿命改造通过增强细胞鲁棒性和代谢稳定性ღ✿✿✿★,广泛适用于需要“长周期发酵”的产物合成ღ✿✿✿★,如萜类ღ✿✿✿★、酚酸ღ✿✿✿★、生物碱等AG凯发下载ღ✿✿✿★。

  当团队香紫苏醇产量达到11.4克/升时ღ✿✿✿★,其潜力已吸引相关企业主动寻求合作ღ✿✿✿★,共同开发工业化生产技术路线ღ✿✿✿★。

  “正是在这次工业化放大的实践过程中ღ✿✿✿★,我们才更深刻地认识到细胞鲁棒性对于工业发酵的极端重要性ღ✿✿✿★,从而催生了后续‘寿命调控’的深入研究ღ✿✿✿★。”高教琪说道ღ✿✿✿★,“这是一个典型的从工业应用中凝练科学问题ღ✿✿✿★,再用基础研究成果反哺技术突破的案例ღ✿✿✿★。”

  在实验室生产达到25.9克/升后蜜桃95ღ✿✿✿★,团队又和企业再度踏上了工业化的征程ღ✿✿✿★。然而ღ✿✿✿★,在发酵工艺放大阶段ღ✿✿✿★,他们又遇到了新的问题ღ✿✿✿★。

  “从实验室摇瓶到工业发酵罐ღ✿✿✿★,需要解决氧气传递ღ✿✿✿★、底物混合均匀性ღ✿✿✿★、pH和温度梯度控制等问题ღ✿✿✿★,而实验室采用有机溶剂萃取ღ✿✿✿★,工业生产需开发低成本ღ✿✿✿★、低毒性的分离工艺ღ✿✿✿★,同时保证纯度超过99.5%ღ✿✿✿★,这些困难都亟待解决ღ✿✿✿★。”高教琪说ღ✿✿✿★。

  两年时间ღ✿✿✿★,得益于合作企业在生物发酵与产物提取方面的丰富经验ღ✿✿✿★,以及团队在实验室阶段就秉持的“产业思维”ღ✿✿✿★,整个工艺放大过程得以顺利进行蜜桃95ღ✿✿✿★,最终完成120吨级工业生产成果鉴定ღ✿✿✿★。

  “我们一直秉承着科学研究要定位于未来的产业对接ღ✿✿✿★,不计较一时得失ღ✿✿✿★。”高教琪指出ღ✿✿✿★,“在实验室阶段ღ✿✿✿★,我们就坚持使用基础培养基ღ✿✿✿★,这可能在前期发文章时产量不如别人ღ✿✿✿★,但是当我们的技术放到后续产业应用中ღ✿✿✿★,不仅能够降低原料成本ღ✿✿✿★,更重要的是ღ✿✿✿★,简单的培养成分简化了后续的分离纯化步骤ღ✿✿✿★,保障了产物的高品质ღ✿✿✿★。”

  高教琪表示ღ✿✿✿★:“这也是许多企业愿意与我们深入合作的重要原因——我们的技术能真正实现产业应用ღ✿✿✿★。”

  “百吨级香料年产能”标志着生物合成法生产香紫苏醇已从“实验室验证”迈入“工业化成熟阶段”ღ✿✿✿★,有望满足全球降龙涎醚香料市场约30%的原料需求ღ✿✿✿★。此外ღ✿✿✿★,“它还证明了通过合成生物学技术改造可以建成酵母细胞工厂ღ✿✿✿★,我们有能力实现高附加值化合物的规模化ღ✿✿✿★、绿色化生产ღ✿✿✿★,为天然产物制造行业提供可复制的范本”ღ✿✿✿★。高教琪说ღ✿✿✿★。

  “我们最期待的是将这项寿命改造技术应用于生产更具社会价值的产物ღ✿✿✿★,例如抗肿瘤药物紫杉醇的前体ღ✿✿✿★。”周雍进展望道ღ✿✿✿★。

  目前紫杉醇主要从珍稀的红豆杉树皮中提取ღ✿✿✿★,资源破坏严重且价格高昂ღ✿✿✿★。其生物合成路径长ღ✿✿✿★、前体供应不足ღ✿✿✿★、发酵周期长等因素制约了产业化ღ✿✿✿★。周雍进说ღ✿✿✿★:“我们的寿命改造技术ღ✿✿✿★,有望延长紫杉醇前体工程菌的生产周期ღ✿✿✿★,从而提升产量ღ✿✿✿★,催生低成本ღ✿✿✿★、可持续的抗癌药物生产新模式ღ✿✿✿★。”

  回顾从构思ღ✿✿✿★、突破到转化的全过程ღ✿✿✿★,团队最大的感触是ღ✿✿✿★,基础研究与应用实践从来不是割裂的ღ✿✿✿★,而是相辅相成的一体两面ღ✿✿✿★。

  “对酵母衰老机制的基础探索ღ✿✿✿★,最终成为破解产业化瓶颈的钥匙ღ✿✿✿★;而产业化进程中遇到的工程问题ღ✿✿✿★,又反过来深化了对细胞生命活动规律的认识ღ✿✿✿★。”高教琪告诉《中国科学报》ღ✿✿✿★。

  “结合本次转化经验ღ✿✿✿★,我们认为生物合成类科研成果走向产业化ღ✿✿✿★,最关键的环节是在研究早期就建立产业思维ღ✿✿✿★,做真正‘有用’的科研ღ✿✿✿★。”周雍进说ღ✿✿✿★,“科研人员需要精准定位靶标产物ღ✿✿✿★,主动对接产业真实需求ღ✿✿✿★,强化知识产权保护ღ✿✿✿★。只有这样ღ✿✿✿★,才能真正把论文写在祖国的大地上ღ✿✿✿★,让科技创新转化为推动社会发展的现实生产力ღ✿✿✿★。”

  如今ღ✿✿✿★,这些掌握了“长寿密码”的微生物细胞工厂ღ✿✿✿★,正日夜不停地运行在现代化的发酵罐中ღ✿✿✿★,将科学的奇思妙想转化为滋养美好生活的现实产品ღ✿✿✿★。

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