近日，Trends in Biotechnology在线发表了江南大学糖化学与生物技术教育部重点实验室刘龙教授课题组的研究成果“Light-induced programmable solid–liquid phase transition of biomolecular condensates for improved biosynthesis”（Jin et al., Trends in Biotechnology, 2025, 43(6): 1403-1424.）。2021级博士生金柯为论文第一作者，吕雪芹研究员为论文通讯作者。

生物分子凝聚体是固有无序蛋白（IDPs）或其他生物大分子通过液-液相分离（LLPS）所形成的亚细胞区室结构。凭借其高度液态流动性、蛋白招募性和小分子自由渗透性，生物分子凝聚体在微生物细胞工厂中调控生物合成方面展现出巨大潜力。

该研究首先基于LLPS原理，在仅具有弱相分离能力的RGG后串联多个WGR-1人工短肽，在酿酒酵母胞内构建了系列人工凝聚体RGG-(WGR-1)_n（命名为RWn），其中RW2凝聚体具有高度液体流动性（图1）。在此基础上，使用RW2凝聚体对角鲨烯的合成途径进行调控。结果表明，RW2凝聚体在发酵前期能够显著提高角鲨烯的产量，但在发酵后期，其对产量提升的效果逐渐减弱。结合密码子拓展与无铜“点击化学”技术，发现RW2凝聚体的流动性、蛋白招募性和小分子自由渗透性随着发酵时间的延长而下降的现象。在此基础上，结合荧光漂白恢复（FRAP）与蛋白免疫印记（WB）等技术，证明了RW2凝聚体随发酵时间的延长发生了液-固相变，并且IDPs的相互作用强度与浓度是决定该相变过程的关键因素（图2和图3）。

针对上述问题，该研究通过在IDPs中引入TEV蛋白酶识别切割位点，并引入泄漏低、响应快以及调控范围广的蓝光诱导系统OptoQ-AMP调控TEV蛋白酶的表达，以构建光响应相变调节器，进一步得到蓝光响应型人工凝聚体RxW2。通过调节蓝光照射时间，对TEV蛋白酶的表达进行调控，实现对IDPs的相互作用强度与浓度的精准调控。随后，结合FRAP与WB技术，建立了蓝光照射时间与IDPs相互作用强度与浓度之间的关联性，实现了RxW2凝聚体固-液相变过程的按需精准调控以及凝聚体流动性的可编程（图4）。最后，将该蓝光响应型人工凝聚体RxW2应用至角鲨烯和熊果酸的合成调控中，发酵后期（96 h），角鲨烯和熊果酸的产量分别提高了32.4%和46.4%（图5）。相关成果为实现生物分子凝聚体固-液相变过程的精准调控提供了新思路。

上述研究工作得到了国家重点研发计划项目（2020YFA0908300）、国家自然科学基金项目（32070085）、江苏省基础研究计划项目（BK20240202）等项目的资助。

图1 RGG-(WGR-1)_n (命名为RWn)凝聚体的物理性质变化

图2 RW2凝聚体在生物合成过程中的流动性、小分子渗透性和蛋白招募性变化

图3 RW2凝聚体在角鲨烯生物合成中的应用

图4 光诱导相变调节器对RxW2凝聚体流动性的可编程调控

图5 光响应型人工凝聚体RxW2在角鲨烯和熊果酸生物合成中的应用