血紅素是一種含F(xiàn)e2+的卟啉類(lèi)化合物，是高等生物運(yùn)輸氧氣、調(diào)節(jié)機(jī)體鐵平衡、傳遞電子和提供能量等方面必需的生化物質(zhì)。憑借其高效補(bǔ)鐵、抗氧化及優(yōu)異的生物催化活性，血紅素在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮重要作用：

1. 醫(yī)藥領(lǐng)域

• 高效補(bǔ)鐵劑： 吸收率高、副作用小，用于治療缺鐵性貧血（保健品/藥品）。

• 抗腫瘤藥物前體：合成血卟啉類(lèi)抗腫瘤藥（如FDA批準(zhǔn)的氯化血紅素）。

• 抗氧化與免疫調(diào)節(jié)：中和自由基，增強(qiáng)免疫力，輔助改善慢性病。

2. 食品工業(yè)

• 人造肉的應(yīng)用：血紅素精準(zhǔn)結(jié)合植物蛋白，賦予人造肉逼真的色澤、風(fēng)味與質(zhì)地，降低致癌風(fēng)險(xiǎn)。

• 營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑：補(bǔ)充鐵元素，提升食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

3. 農(nóng)業(yè)與化工

• 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑： 促進(jìn)光合作用，增強(qiáng)抗逆性，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

• 生物源殺菌劑： 部分含血紅素組合物可防治作物病害，減少化學(xué)農(nóng)藥使用。

• 生物催化平臺(tái)： 用于高選擇性不對(duì)稱(chēng)合成（藥物/材料）及構(gòu)建具有酶活性的功能材料，推動(dòng)綠色合成工藝。

血紅素合成的局限性與挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)方法弊端顯著

• 化學(xué)合成與天然提取法：產(chǎn)品純度低、副產(chǎn)物多、環(huán)境污染大。

• 高附加值衍生物提?。?/span>天然含量極低，導(dǎo)致成本高昂且無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

生物合成瓶頸

• 產(chǎn)量低下： 現(xiàn)有微生物工程菌株的血紅素產(chǎn)量普遍低于300 mg/L，其衍生物（如膽紅素）產(chǎn)量甚至不足20 mg/L。

• 成本過(guò)高： 生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)重依賴(lài)添加昂貴中間體（如谷氨酸、甘氨酸、琥珀酸），推高成本，阻礙工業(yè)化應(yīng)用。

• 代謝通量失衡： 以葡萄糖/甘油為原料時(shí)，合成路徑中關(guān)鍵基因表達(dá)不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致代謝流在中間步驟受阻（“堵車(chē)”效應(yīng)），限制了終產(chǎn)物的高效合成。

因此，亟需開(kāi)發(fā)一種高效、安全且經(jīng)濟(jì)的血紅素生物合成策略，通過(guò)優(yōu)化多酶復(fù)合體結(jié)構(gòu)、提升基因表達(dá)效率及調(diào)控宿主代謝，實(shí)現(xiàn)血紅素的規(guī)?；G色生產(chǎn)。

微生物合成血紅素研究進(jìn)展

目前已經(jīng)有大量的通過(guò)代謝工程改造進(jìn)行微生物合成血紅素及其衍生物的工作。雖具高效底物通道化、低副產(chǎn)物等理論優(yōu)勢(shì)，但酶催化效率低、前體代謝物被競(jìng)爭(zhēng)消耗、外源酶在宿主中表達(dá)障礙等問(wèn)題還有待解決。

2025年6月，吉林大學(xué)與江南大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》 上發(fā)表重要研究成果[1]。團(tuán)隊(duì)提出了“定制化迭代模塊代謝通量分析（CIM-MFA）”策略，將復(fù)雜的血紅素合成通路分解為三個(gè)關(guān)鍵模塊進(jìn)行系統(tǒng)性?xún)?yōu)化，成功構(gòu)建了具有強(qiáng)大內(nèi)源血紅素供應(yīng)能力的谷氨酸棒桿菌工程菌株HEME3-ΔhrtBA，其血紅素產(chǎn)量較野生型提高了90.75倍。在搖瓶水平即實(shí)現(xiàn)了四種重要血紅蛋白和肌紅蛋白的克級(jí)每升高產(chǎn)，創(chuàng)造了該類(lèi)蛋白微生物合成的新紀(jì)錄。

泓迅生物解決方案

盡管谷氨酸棒桿菌工程化改造在血紅素合成路徑優(yōu)化上取得了顯著進(jìn)展，但還需要面向大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。泓迅生物通過(guò)將多酶復(fù)合體設(shè)計(jì)、AI驅(qū)動(dòng)的密碼子優(yōu)化以及宿主代謝工程改造三者協(xié)同整合，實(shí)現(xiàn)了血紅素產(chǎn)量的顛覆性提升。

技術(shù)路線(xiàn)

采用多酶復(fù)合體設(shè)計(jì)：通過(guò)融合多酶復(fù)合體設(shè)計(jì)構(gòu)建血紅素C4合成途徑融合多酶復(fù)合體實(shí)現(xiàn)血紅素的高效合成。

AI密碼子優(yōu)化技術(shù)（NG Codon 2.0平臺(tái)）：對(duì)構(gòu)建的融合多酶復(fù)合體進(jìn)行深度優(yōu)化，確保這些復(fù)雜且超大分子量的酶組件能在宿主大腸桿菌細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)高效、可溶性的表達(dá)，成功突破了傳統(tǒng)表達(dá)系統(tǒng)在承載大分子量蛋白復(fù)合體上的極限。

當(dāng)血紅素合成不再受制于自然提取的局限與化學(xué)合成的污染，當(dāng)每一克產(chǎn)品都源于可再生的葡萄糖與精密的細(xì)胞工廠(chǎng)，綠色、高效、可負(fù)擔(dān)的血紅素智造，將成為撬動(dòng)萬(wàn)億級(jí)可持續(xù)食品等領(lǐng)域市場(chǎng)的核心支點(diǎn)。

泓迅生物——高效生物分子制造平臺(tái)

泓迅生物提供先進(jìn)的人工多酶復(fù)合體技術(shù)平臺(tái)及密碼子優(yōu)化平臺(tái)，為高效生物合成提供核心驅(qū)動(dòng)力。該整合平臺(tái)不僅成功應(yīng)用于血紅素的高效、高產(chǎn)生物合成，顯著提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，更能靈活拓展至其他高附加值天然產(chǎn)物、精細(xì)化學(xué)品及生物基材料的合成領(lǐng)域。泓迅生物的合作模式靈活多樣，致力于為合作伙伴提供從研發(fā)到生產(chǎn)的全方位、定制化解決方案。

合作模式

為什么選擇泓迅

泓迅生物依托于A(yíng)I賦能的生物智能分析專(zhuān)利技術(shù)，以及近百億堿基合成經(jīng)驗(yàn)，為您提供從基因合成、載體構(gòu)建到蛋白質(zhì)表達(dá)和純化的一站式服務(wù)。

領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)—AI密碼子優(yōu)化分析（專(zhuān)利技術(shù)）

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