我國科學家在自然科學研究領域取得一項突破性進展，成功利用釀酒酵母實現(xiàn)了β-內(nèi)酰胺類抗生素關鍵母核的從頭合成。這一成果不僅為抗生素的綠色生物制造開辟了新路徑，更標志著我國在合成生物學與醫(yī)藥生物技術交叉領域邁出了關鍵一步。

β-內(nèi)酰胺類抗生素是人類歷史上最廣泛使用的一類抗菌藥物，包括青霉素、頭孢菌素等經(jīng)典藥物，其核心結構——β-內(nèi)酰胺環(huán)的合成一直依賴傳統(tǒng)化學方法或特定微生物發(fā)酵。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法存在步驟繁瑣、能耗高、環(huán)境污染等問題。研究團隊另辟蹊徑，以釀酒酵母這一模式真核生物為細胞工廠，通過系統(tǒng)性的代謝工程改造，成功構建了從簡單碳源到β-內(nèi)酰胺母核的完整生物合成途徑。

該研究的創(chuàng)新之處在于，團隊首先通過基因組挖掘與酶學表征，鑒定并優(yōu)化了多個關鍵酶的功能，包括異源表達與定向進化改造；通過精細調(diào)控酵母的中心代謝網(wǎng)絡，解決了前體供應不平衡、中間產(chǎn)物毒性、競爭途徑分流等瓶頸問題；利用合成生物學策略重構了酵母的代謝流，使其能夠高效地將葡萄糖等廉價原料轉化為具有光學純度的β-內(nèi)酰胺核心結構6-氨基青霉烷酸（6-APA）類似物。實驗數(shù)據(jù)顯示，改造后的酵母工程菌株產(chǎn)量達到了毫克每升級別，且產(chǎn)物純度顯著優(yōu)于部分傳統(tǒng)工藝。

這項研究的科學意義深遠。它首次在真核酵母中實現(xiàn)了β-內(nèi)酰胺母核的完整異源合成，證明了復雜次級代謝產(chǎn)物在非天然宿主中重構的可行性；它提供了一種可持續(xù)、可調(diào)控的抗生素生產(chǎn)新模式，有望降低對化石原料的依賴及生產(chǎn)過程中的環(huán)境足跡；更重要的是，該平臺為通過組合生物合成創(chuàng)造新型β-內(nèi)酰胺衍生物奠定了技術基礎，未來或可加速針對耐藥菌的“下一代”抗生素研發(fā)。

目前，研究團隊正致力于進一步提升菌株的生產(chǎn)性能與經(jīng)濟性，并探索將該平臺拓展至其他高價值內(nèi)酰胺類化合物的合成。這項發(fā)表于國際權威期刊的研究，充分展示了合成生物學“設計-構建-測試-學習”循環(huán)的強大能力，是我國基礎研究面向產(chǎn)業(yè)需求、解決實際問題的生動體現(xiàn)，也為全球應對抗菌素耐藥性挑戰(zhàn)貢獻了中國智慧與方案。