近日，上海交通大學生命科學技術學院/張江高等研究院合成科學創新研究中心倪俊副教授團隊在《Nature Synthesis》在線發表了題為“Chemoenzymatic platform with coordinated cofactor self-circulation for lignin valorization”的最新研究成果。該研究成功突破了木質素轉化和香料等添加劑類天然產物合成中長期存在的兩大技術瓶頸——輔因子依賴成本高和催化效率低，為木質素資源的可持續高值利用提供了全新解決方案。上海交通大學生命科學技術學院、微生物代謝全國重點實驗室、張江高等研究院合成科學創新研究中心倪俊副教授為論文通訊作者，上海交通大學博士生劉良敘為該論文第一作者，上海交通大學為第一單位。

木質素的增值轉化是實現經濟可行、環境友好的木質纖維素生物煉制的關鍵步驟。然而，木質素結構復雜、難以降解，其高附加值利用受制于對昂貴輔因子的依賴以及現有轉化體系效率較低等問題。針對這一挑戰，倪俊課題組通過無縫整合無細胞蛋白合成（CFPS）技術與輔因子自循環系統，提出并構建了體外多酶協調表達與輔因子自循環系統（iMECS），實現了對木質素衍生物的高效生物催化轉化。

研究團隊系統評估了iMECS平臺在不同天然產物合成路徑中的通用性與適應性，成功實現了包括姜黃素、香蘭素和覆盆子酮在內的多種香料等添加劑類天然產物的高效合成。在不添加外源輔因子的條件下，各目標產物的轉化率均超過90%。此外，該平臺具備高度模塊化特性，能夠通過酶種更換與途徑擴展，靈活應對多類苯丙素化合物的合成需求。進一步結合木質素的化學解聚技術，iMECS系統可直接將富含木質素的農業廢棄物高效轉化為高值產物，其整體催化效率較現有體系提升高達48倍。

綜上，這項研究精心設計了天然產物合成途徑的功能模塊，并巧妙引入了輔因子自循環模塊。借助DNA層面的精準調控技術，成功實現了前體物質、能量供應與還原力的動態平衡。此外，這種基于無細胞體系的原型設計不僅展示了強大的合成潛力，更為香料添加劑類高效細胞工廠的開發與應用提供了堅實的理論與技術基礎，為未來相關領域的創新與發展開辟了新的道路。

該工作得到國家自然科學基金、科技部國家重點研發計劃和光玥生物的支持，在此同時感謝鄧子新教授和許平教授等專家學者的幫助。

https://doi.org/10.1038/s44160-025-00819-2