我院何玉财教授入选全球前2%顶尖科学家榜单及近期成果

近日，我院何玉财教授入选美国斯坦福大学（Stanford University）与国际权威学术出版社爱思唯尔（Elsevier）联合发布的全球前2%顶尖科学家榜单（World's Top 2% Scientists）。该榜单基于全球约1000万科学家的论文引用数、h指数、合著者调整的hm指数等综合参数，收录了来自22个学科领域、176个子学科领域全球排名2%的科学家。何玉财教授现担任《合成生物学》编委，《Bioresources and Bioprocessing》青年编委，《Processes》Guest Editor等，其入选，意味着我院学者在相关研究领域具有较高的世界影响力，并为该领域的发展作出了重要贡献。

近期，何玉财教授团队又在合成生物学及绿色生物制造领域发表了数篇原创新研究成果，旨在解决相关领域的卡脖子问题。 

己二酸是一种重要的有机二元酸，在制造塑料、润滑油、树脂、纤维等方面具有重要作用。以木质纤维素为原料生产己二酸可以降低生产成本，提高生物资源利用率。论文“Improved production of adipic acid from a high loading of corn stover via an efficient and mild combination pretreatment”开发了一种室温预处理木质纤维素获得可供己二酸发酵的糖化液方法。玉米秸秆在7 wt%NaOH和8 wt%ChCl-PEG10000的混合物中25 °C预处理10分钟后表面变得疏松粗糙，木质素去除后，比表面积增大。经过预处理的玉米秸秆在纤维素酶和木聚糖酶的酶解下，还原糖产量高达75%。随后利用酶水解获得的生物质糖化液可高效发酵生产己二酸，每克还原糖的己二酸产量为0.48克。通过室温预处理从木质纤维素中生产己二酸的可持续方法在未来具有巨大潜力，有助于解决重要单体己二酸生产的卡脖子问题。（文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852423006223）

以可持续方式从来源丰富、可再生的生物资源中高效生产有价值的生物基呋喃产品备受关注。论文“Significantly enhanced bioconversion of high titer biomass-derived furfural to furfuryl alcohol by robust endogenous aldehyde reductase in a sustainable way”以生物相容性的生物炭基固体酸催化剂和高底物耐受的还原酶生物催化剂，构建了一锅法高效且可持续地化学-酶促两步催化木质纤维素转化为糠醇的路线。首先构建了共表达来自Escherichia coli BL21(DE3)的内源醛还原酶（ALR）和来自Candida boidinii的甲酸脱氢酶（FDH）的大肠杆菌细胞FF182。通过原位辅酶循环，在水介质（30 °C 和 pH 7.0）中可在3 h内将高浓度糠醛（FAL）（≥300 mM）高效转化为糠醇（>99%）。重组大肠杆菌FF182的全细胞具有良好的生物还原活性，对高浓度糠醛（高达 350 mM）具有很好的耐受性，而糠醛是众所周知的微生物强效抑制剂。在论文构建体系中，FF182细胞可以从每克玉米芯中的木聚糖生产0.36克糠醇。这在合成具有工业应用价值的高附加值呋喃基醇方面具有重要意义。（文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/gc/d3gc01417g）

5-羟甲基-2-糠胺（HMFA）是一种重要的呋喃类化学品，可用于制造利尿剂、降压药、防腐剂等。HMFA可由5-羟甲基糠醛（HMF）胺化得到。论文“Synthesis of 5-Hydroxymethyl-2-furfurylamine from Bread Waste via Two-Step Reaction”通过深共晶溶剂甜菜碱/甲酸（化学催化剂）和大肠杆菌 HILF 细胞（生物催化剂）的串联催化，采用一锅法将面包废料（BW）经两步转化为HMFA。首先，催化剂甜菜碱/甲酸（10.0 wt %）在180 °C下催化BW（20.0 g/L）80分钟，HMF收率达到0.269 g HMF/g BW。随后，利用ω-转氨酶 HNIL和乳酸脱氢酶（LDH）与甲酸脱氢酶（FDH）的共表达进行生物胺化和辅酶再生，并构建了含三酶级联催化反应系统的重组大肠杆菌HILF。以HILF全细胞作为生物催化剂，与原始转氨酶相比，生物胺化反应中额外补充的胺供体量明显减少。HILF细胞可将BW衍生的HMF转化为HMFA（产率为90.0%），6小时内的产率为0.243 g HMFA/g BW。论文所述策略明显降低了生物胺化反应中胺供体的用量和成本，也为从生物质废料大规模生产HMFA奠定了基础。

（文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.3c04032）

木质纤维素衍生的醛抑制剂严重阻碍了生物燃料和生物基化学品的生物炼制。迄今为止，木质纤维素基产品的经济生产在很大程度上依赖于发酵菌株的高产率。然而，增强发酵菌株醛抑制剂的耐受性是昂贵且耗时的。论文“Cold plasma pretreatment reinforces the lignocellulose-derived aldehyde inhibitors tolerance and bioethanol fermentability for Zymomonas mobilis”使用冷等离子体预处理运动发酵单胞菌ZM4，提高其醛抑制剂耐受性和纤维素生物乙醇发酵能力。优化了冷气氛等离子体（CAP）的处理时间（20 s）、放电功率（140 W）和工作压力（165 Pa），实现了运动发酵单胞菌生物乙醇发酵能力的提高。通过基因组重测序，表明冷等离子体带来了三个SNP位点突变，包括ZMO0694（E220V），ZMO0843（L471L）和ZMO0843（P505H）。通过RNA-Seq测序，一系列差异表达基因被进一步确定为耐受的潜在贡献者。用冷等离子体处理运动发酵单胞菌，所得突变体同时实现了运动发酵单胞菌突变体在 CSH 中醛类抑制剂耐受能力和生物乙醇发酵能力的提高，促进了生物乙醇的生产。（文章链接：https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-023-02354-8）

此外，课题组还在药物（替格瑞洛、辣椒素）关键中间体的生物合成、生物基化学品（2,5-呋喃二甲醇、糠醇、糠胺）的化学生物耦合炼制、功能性生物基材料的制备与应用、生物质的高效预处理与高值化利用等方向取得进展，并发表相关论文。

Efficient whole-cell biosynthesis of (S)-2-chloro-1-(3,4-difluorophenyl)-ethanol from 2-chloro-1-(3,4-difluorophenyl) ethanone in a sustainable reaction system（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468823123006533）

Efficient bioamination of lignin-derived vanillin to vanillylamine in dibutyl phthalate-water system（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926669023013158）

Co-production of 2,5-dihydroxymethylfuran and furfuralcohol from sugarcane bagasse via chemobiocatalytic approach in a sustainable system（https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852423012476）

Chemobiocatalytic transfromation of biomass into furfurylamine with mixed amine donor in an eco-friendly medium（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852423010660）

Ultraviolet blocking ability, antioxidant and antibacterial properties of newly prepared polyvinyl alcohol-nanocellulose‑silver nanoparticles-ChunJian peel extract composite film（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0141813023033238）

Efficient co-production of reducing sugars and xylooligosaccharides via clean hydrothermal pretreatment of rape straw（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852423011550）

Employing deep eutectic solvent synthesized by cetyltrimethylammonium bromide and ethylene glycol to advance enzymatic hydrolysis efficiency of rape straw（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S096085242301026X）

Combined sulfuric acid and choline chloride/glycerol pretreatment for efficiently enhancing enzymatic saccharification of reed stalk（https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852423009823）