维生素B6是生物体必需的营养元素之一，包括六种形式，以磷酸吡哆醛PLP为辅酶形式参与氨基酸和糖代谢、血红素和神经递质合成等过程，吡哆醇PN为主要的商品形式。部分微生物和植物可以从头合成维生素B6，动物及人类依赖外界获取来补充维生素B6。目前，维生素B6主要依赖化学法合成，化学合成过程中需用到强腐蚀性的三氯氧磷和有毒溶剂苯等，且副产物处理难度较大，面临不可持续、安全隐患、污染环境等严重问题。生物制造具有反应条件温和、安全隐患小、环境友好等优点，但目前维生素B6的生物制造受限于产量较低，无法进行工业化生产。克服生物合成过程中限速酶和有毒中间代谢产物等瓶颈限制，是维生素B6高效合成的关键。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所张大伟研究员带领的蛋白合成细胞工厂与微生物代谢研究团队在微生物合成维生素B6方面取得新进展。研究人员以大肠杆菌为底盘细胞，对维生素B6从头合成途径进行重构，代谢流重新定向以解偶细胞生长和PN生产。进而，研究人员通过蛋白理性设计和自然筛选等方法对合成途径起始酶Epd和Dxs，以及限速酶PdxA和PdxJ进行了异源筛选和理性设计改造，有效解决了反应过程中合成酶催化效率低的问题；此外，还通过SerC的过表达增加代谢流量以及促进PdxB的快速周转反应。最终，途径长分支以中间有毒代谢产物4HTP为界，将合成途径分为上下游的推拉模块，通过模块化迭代优化技术分别对上游模块和下游模块进行了有效组装和优化，48小时5L发酵罐产量突破克级。该研究对较小代谢流的化合物的生物合成提供了借鉴，为未来维生素B6绿色工业化生产示范奠定了重要基础。

该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家重点人才计划、天津市合成生物技术创新能力提升行动和天津市青年科技工作者协会“天河”青索项目的支持，相关研究结果近期发表于Nature Communications期刊。天津工业生物所博士后刘林霞、博士生李金龙及助理研究员盖园明为论文的第一作者，Sang Yup Lee教授和张大伟研究员为论文的共同通讯作者。