近日，williamhill威廉希尔马翠萍教授团队在合成生物学领域中天然橡胶的生物合成方向取得系列突破，相关研究成果发表于合成生物学经典权威期刊ACS Synthetic Biology（Q1）以及Journal of Agricultural and Food Chemistry（Q1）。

天然橡胶作为国家关键战略物资，其传统来源主要依赖热带种植的橡胶树，面临环境与地理条件因素限制。马翠萍教授团队聚焦于合成生物学与生物制造领域，致力于通过构建微生物细胞工厂，实现天然橡胶及其前体的绿色高效制备。

挖掘海洋酶资源，探索天然橡胶合成密码

图1中链聚异戊二烯微生物合成细胞工厂

在发表于ACS Synthetic Biology的研究中，马翠萍教授团队首次从海洋微生物溶藻弧菌（Vibrio alginolyticus）中筛选到一种新型顺式异戊烯基转移酶（cis-Prenyltransferase，VacPT），该酶是天然橡胶生物合成过程中的关键酶，其功能的阐明对天然橡胶的高效合成具有重要意义。在此基础上，课题组进一步构建了天然橡胶生物合成细胞工厂，成功在胞内实现了天然橡胶前体——中链聚异戊二烯的生物合成(C₂₅-C₆₀)（图1），本研究不仅为天然橡胶生物合成关键酶的筛选提供了全新思路，也为后续天然橡胶的绿色高效生产奠定了坚实的理论基础。

半理性设计突破链长限制，推动聚异戊二烯高效合成

图2聚异戊二烯微生物合成与酶的半理性改造

针对天然橡胶前体分子量低难以实际应用的问题，团队在发表于Journal of Agricultural and Food Chemistry的研究中，对一种红藻来源的顺式异戊烯基转移酶（Porphyra umbilicalis cis-prenyltransferase，PucPT）进行了深入的分子改造与机制研究。

研究团队探究了聚异戊二烯转移酶底物结合与产物延伸的动态机制。通过半理性设计与定点突变技术，成功实现了对聚异戊二烯链长的进一步突破(C₁₄₅)。这一成果在分子水平上量化了酶的催化口袋结构与产物质量之间的构效关系，提出了活性位点电荷微环境与催化口袋大小对产物分子量与产量的调控策略，为合成生物学方法应用于天然橡胶的生物合成提供了坚实的理论依据和技术改造策略（图2）。

上述论文通讯作者均为马翠萍教授和石超教授。据悉，马翠萍教授团队长期聚焦基因检测、合成生物学等领域，主持多项国家、省市级项目，在多个权威期刊发表高水平学术论文，为学校学科发展与科研创新注入强劲动力。

以上工作均依托中国-阿联酋致病微生物核酸快检国际合作联合实验室、青岛市核酸快检重点实验室和工程研究中心等科研平台，并得到国家自然科学基金（31670868）、山东省自然科学基金（ZR2020KH030）等项目的资助。

论文信息：

[1] Yuzhen Ma, Shuangshuang Du, Pengyu Wang et al. Functional and Mechanistic Characterization of VacPT, a Novel cis-Prenyltransferase from Vibrio alginolyticus.[J]. ACS Synthetic Biology, 2026. doi:10.1021/acssynbio.5c00784.

[2] Yuzhen Ma, Pengyu Wang, Shuangshuang Du et al. Characterization and Engineering of a Novel cis-Prenyltransferase from the Edible Red Alga Porphyra umbilicalis for Polyprenol Biosynthesis. [J]. J Agric Food Chem, 2026. doi:10.1021/acs.jafc.6c02391.