天津工业生物所突破甲醇脱氢酶组装机制：为二氧化碳转化甲醇铺路，成果登《Nature Communications》

二氧化碳资源化利用是全球可持续发展的核心课题，而 “二氧化碳→甲醇→化学品” 的生物转化路径，正成为破解这一难题的关键方向。近日，中国科学院天津工业生物技术研究所(以下简称 “天津工业生物所”)新酶设计研究团队传来重磅突破 —— 首次实现吡咯喹啉醌(PQQ)依赖型甲醇脱氢酶(MDH)在大肠杆菌中的异源合成与正确组装，同时揭示关键分子伴侣 MxaJ 的作用机制。这一成果不仅为甲醇生物转化提供 “理想生物催化剂”，更打破了该技术长期面临的 “转化速率与转化率难协同” 瓶颈，相关研究已发表于国际权威学术期刊《Nature Communications》。

一、核心突破：攻克 “酶” 的合成与组装难题，填补技术空白

甲醇脱氢酶(MDH)是甲醇生物转化的 “核心引擎”，而自然界中天然具备高能量效率与高催化速率的 PQQ 依赖型 MDH，此前长期受限于 “只能从天然宿主中分离纯化” 的技术桎梏，难以规模化应用。天津工业生物所团队通过两大关键动作，实现技术突破：

(一)基因重构：让 “特殊酶” 在普通微生物中 “安家”

团队聚焦 PQQ 依赖型 MDH 的 14 个基因组成的生物合成基因簇，通过理性设计与优化重构，成功将其导入模式工业微生物大肠杆菌中。这一操作打破了该酶对天然宿主的依赖，实现 “异源合成”—— 相当于让原本只能在 “专属实验室” 生产的酶，在更易培养、成本更低的 “通用工厂” 中稳定产出，为后续规模化制备奠定基础。

(二)机制解密：找到辅因子装配的 “关键钥匙”

酶的活性离不开辅因子的精准装配，而 PQQ 正是 MDH 发挥功能的 “必需搭档”。团队通过基因缺失实验与蛋白组分分析，精准筛选出 9 个参与 MDH 合成与组装的关键基因，并锁定分子伴侣 MxaJ 的核心作用：利用冷冻电镜技术解析复合体结构后发现，MxaJ 能与 MDH 蛋白中 “PQQ 结合口袋” 上方的 loop 区精准互动，像 “打开抽屉” 一样让结合口袋暴露，从而促进 PQQ 高效结合。这一机制的阐明，彻底解决了此前辅因子装配效率低、酶活性不稳定的难题。

二、产业价值：为二氧化碳转化铺路，推动绿色制造升级

此次突破的核心价值，在于为 “二氧化碳资源化利用” 提供了关键技术支撑，有望重塑绿色化工产业格局。

当前，利用可再生能源将二氧化碳还原为甲醇已实现技术落地，但甲醇进一步转化为高附加值化学品时，却因缺乏高效酶催化剂而受限 —— 传统酶要么 “转化快但能量浪费多”，要么 “能量效率高但反应慢”，难以兼顾。而天津工业生物所研发的 PQQ 依赖型 MDH，天然具备 “高能量效率 + 高催化速率” 双重优势，再经异源合成优化后，成为解决这一矛盾的 “理想生物催化剂”。

按团队测算，基于该酶的甲醇生物转化技术，未来可将甲醇到化学品的转化效率提升 30% 以上，同时降低 25% 的能耗。这意味着，不仅二氧化碳的 “碳循环” 路径更高效，还能为医药、材料等领域提供更绿色的化学品合成方案，助力 “双碳” 目标落地。

三、创新生态：天津保税区打造合成生物 “策源高地”

此次成果的诞生，离不开天津港保税区构建的 “创新 - 转化 - 产业” 全链条支撑体系。作为天津合成生物学领域的核心载体，保税区依托天津工业生物所、国家合成生物技术创新中心等平台，已培育出一系列标志性成果：从全球首例二氧化碳人工合成淀粉，到健康糖、DNA 合成仪的产业化落地，持续推动 “实验室成果” 向 “生产线产品” 转化。

未来，保税区将进一步贯通 “创新策源 — 概念小试 — 中试转化 — 规模生产” 全流程，为科研机构提供场地、资金、产业链配套等支持，强化天津在合成生物学领域的 “创新策源能力” 与 “产业竞争力”，让更多像 “甲醇脱氢酶” 这样的技术突破，加速成长为推动区域经济高质量发展的新动能。