中文簡介

目前實驗室研究方向

代謝工程與合成生物學實驗室的研究目的主要為開發新穎功能微生物以及設計建構合成代謝途徑，進而達成次世代資源再利用、循環經濟、以及藥物合成的目標，邁向2050淨零碳排的全球目標。我們利用代謝途徑的編輯生產非天然化合物，其中包括藥物、能源分子、塑膠與纖維單體、芬香與香料、染劑等生質化合物。下面一些是我們實驗室近期所發表的研究主題：

以二氧化碳合成生質能源與化學品：國際能源總署全球二氧化碳排放量之比較數據顯示，台灣占全球總排放量的0.77%並且位居全球第21位，每人平均的二氧化碳排放量居全球前20名，在全球暖化威脅下，將二氧化碳轉換為化學品與燃料可達到碳中和的永續發展。目前碳捕捉技術雖逐漸成熟，但無實質經濟誘因，為此我們團隊極力開發新穎藍綠菌，將二氧化碳透過光合作用合成多種工業用化合物，其中包括：

• 丁醇－目前來於石化工業，年產量達３百萬噸，約６０億美元市場，主要用於各產業製程所需之溶劑，同時作為理想的生質汽油。 Lan E.I. et al. 2013, Energy & Environmental Science 6, 2672-2681; Lai M.J. & Lan E.I. 2019, Biotechnology and Bioengineering, 116:893–903.

• 琥珀酸－年產量約5萬噸，主要用於食品、化妝品、與藥物添加物。可轉換成 1,4丁二醇，作為化學原料，台灣傳產化工年產量約60萬噸，和其他工業用化合物。Lan E.I. & Wei C.T. 2016, Metabolic Engineering 38, 483-493; Lai, M.J. et al. 2022 Bioresource Technology, 366.

• 羥基酸－3-羥基丙酸用於合成生物可分解高分子材料(Poly-3HP)，同時作為丙烯酸（壓克力酸）和相關丙烯酸酯前驅物，用於生產各式塑料、塗層、粘合劑、彈性體、地板擦光劑及塗料。3-羥基丁酸做為掌性（分R&S），使用於不對稱有機合成，同時作為生質生物可分解塑膠（Poly-hydroxyalkanoate)單體。Ku J.T. & Lan E.I. 2018 Metabolic Engineering, 46, 35-42

除了利用代謝工程將藍綠菌開發成新穎的光合生物工廠外，下面是我們實驗室目前涵蓋的方向：

• 機能性營養補充品開發：為協助應因老年社會，我們開發可用發酵生產的抗分解代謝作用功能型食品分子，可減緩肌少症的發生，其中3 -Hydroxy-3-methylbutyrate (HMB) 是近期廣受重視的機能性營養補充品，作為天然人類體內亮氨酸下游代謝物質，可以增加力量，增強肌肉和減少體內脂肪，但目前HMB仰賴傳統化工製程，除了須使用非可再生性資源，也會在生產的過程中使用對環境衝擊較大的過氧化劑，為此，我們團隊開發出可利用永續資源發酵生產HMB的大腸桿菌株。Huang S.J. et al. 2024. Metabolic Engineering, 84, 48-58. 

• 建立生物甲醇轉換平台：因應未來頁岩天然氣的量產，甲醇將取代現在的石油，同時甲醇也是目前較可行的二氧化碳再利用產物之一，但甲醇價格過於低廉，因此，開發甲醇高值化技術變為重要研究方向。

• 建構合成二氧化碳固碳途徑：利用高速率的羧化酶，開發合成二氧化碳固碳途徑以彌補天然卡爾文循環的不足

• 高值化合物生產平台：藥物、芬香與香料、等高值生質化合物的生產目前主要以萃取為主，因而導致成本較高，我們可透過代謝工程，將此類化合物以微生物發酵方法產出。

• 設計與建構合成代謝途徑 – 天然代謝物有限，所以我們將透過代謝工程設計與建構合成代謝途徑來產出原生物所不生產的化學物，另外我們也會透過合成代謝途徑創造不同的細胞功能