自1828 年韦勒成功地从氰酸铵合成尿素起,有机合成学科经历了一百多年的发展历史。在人类文明史上, 它对提高人类的生活质量做出了巨大贡献。然而, 不可否认“传统”的合成化学方法以及依其建立起来的“传统”合成化学工业, 对整个人类赖以生存的生态环境造成了严重的污染和破坏。以往解决问题的主要手段是治理、停产、甚至关闭。人们为治理环境花费了大量的人力、物力和财力。

20 世纪90 年代初, 化学家提出了与传统的“治理污染”不同的绿色化学的概念。随着人类进入21 世纪, 社会的可持续发展及其所涉及的生态环境、资源、经济等方面的问题愈来愈成为国际社会关注的焦点。更为严历的保护环境的法规不断出台, 也使得化学工业界把注意力集中到如何从源头上杜绝或减少废弃物的产生。这对化学提出了新的要求, 尤其是对合成化学, 更是提出了挑战。环境经济性正成为技术创新的主要推动力之一。因此, 有机合成重要的不是合成什么,而在于怎么合成的问题。毫无疑问，绿色合成将成为21 世纪的发展方向。

早在100多年前，光化学之父Giacomo Ciamician提出真正的绿色合成是采用类似植物的方式来生产化学物质，然而到底如何实现这样的绿色合成，尤其是植物天然产物的绿色合成，困扰了学界多年。

近日，上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室许平团队在利用CO2生产植物天然产物的合成生物学研究中获突破性进展，相关研究成果发表在Green Chemistry期刊上，英国皇家化学会的著名新闻刊物Chemistry World也以“Bacteria seeded with synthetic pathways”为题专门报道了这项开创性的研究。

蓝藻具有与植物叶绿体相近的光合组分，使得其成为表达外源植物基因的理想宿主。许平团队对聚球藻PCC7942进行了遗传改造，使其含有植物源酶，获得了一批可以生产系列苯丙烷类化合物的工程菌株。苯丙烷类化合物对植物至关重要，可以防护紫外线和防御病原菌。其中，当重组蓝藻表达酪氨酸解氨酶、对香豆酸CoA合酶以及芪合酶时，可以产生白藜芦醇。这种物质多见于葡萄皮和其他浆果类，可以减少心脏疾病的风险，是一种高值的药物。其他的工程菌还能够生产抗氧化剂咖啡酸、柚皮素和对香豆酸等高药用价值化合物。此外，研究团队通过解反馈抑制酶的引入使得这些化学物质的产量大大提高。

相比于农作物收割，用微生物生产这些化合物更为经济可持续。以生产一吨白藜芦醇为例，在目前的产量水平下大约可以节约7275亩（485公顷）的土地。而且该技术是完全绿色的，仅需要水，二氧化碳和一些无机盐，利用蓝藻就完全可以光合自养合成这些化学物质，可以像种植和收割庄稼一样“种植”植物来源天然产物。美国威斯康星可持续技术研究中心的执行主任Paul Fowler称，“这种方法以高值化合物为目标，巧妙地避开了光合生产的经济性挑战，商业化该技术将不需要建造世界级的大型（化）工厂”。

目前最大的挑战在于将液体中的产物提取至工业级的量，在后续的研究中，仅需要将这些产物的量达到克每升水平，就可以成功的进行商业化生产，将带来巨大的经济、社会和环境效益。这是许平教授团队继去年利用蓝藻光合生产C3平台化合物和乳酸之后，在利用二氧化碳光合自养生产化学品研究方面的又一重要突破。

文章链接：

Jun Ni, Fei Tao, Yu Wang, Feng Yao and Ping Xu, “A photoautotrophic platform for the sustainable production of valuable plant natural products from CO2," Green Chem., 2016, DOI: 10.1039/C6GC00317F

许平教授简介：

上海交通大学特聘教授，博士生导师，Email：pingxu@sjtu.edu.cn 

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研究方向：1.生物催化和环境化学生物学；2.基于组学的细菌代谢工程；3.环境毒物代谢的分子机制

(本文信息来源：上海交通大学网站；由e科网整理编辑)

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