超市货架上的肉制品、乳制品、烘焙食品等背后都藏着一位“隐形安全卫士”——乳酸链球菌素（Nisin）。乳酸链球菌素是乳酸链球菌产生的一种天然生物活性抗菌肽，对食品腐败菌和致病菌等多种革兰氏阳性菌具有强烈的抑制作用。目前，全球乳酸链球菌素的年产量在1200~1500吨，我国占比超过60%，为全球最大的生产国和出口国。然而，乳酸链球菌素的异源合成水平一直较低，限制了乳酸链球菌素产能的进一步扩大。

近日，江南大学生物工程学院教授周哲敏团队通过创新性的"区室化"与"时空协同调控"策略，成功破解了抗菌肽乳酸链球菌素在大肠杆菌中异源合成时的胁迫与毒性困局，首次在大肠杆菌中实现乳酸链球菌素的5 L发酵罐高效量产，活性效价高达3000 IU/mL（折合465.5 mg/L），产能和效果均实现新高。日前，相关研究成果发表于国际权威期刊《化学工程期刊》上。

“我们发现，毒性根源在于修饰复合体在细胞极发生了非特异性聚集，像'打地鼠'一样把细胞膜戳出了孔洞。”周哲敏介绍。针对这一机制，团队巧妙构建"周质空间专属合成车间"，利用Tat跨膜通路的"搭便车机制"，将庞大的修饰复合体完整转运至周质空间，实现物理隔离与高效折叠，相当于在细胞内搭建了一座“独立厂房”。

与此同时，团队引入特异性前导肽切割酶NisP，采用"空间共定位与时序双控"协同策略，打通了"修饰—切割—熟化"的体内一站式合成通路。这一设计如同为生产线装上了"智能调度系统"，让各道工序在正确的时间、正确的地点精准衔接，成功攻克了细胞毒性难题。

随着全球对天然食品防腐剂需求的持续增长，以及抗生素耐药性问题的日益严峻，该技术有望让安全、低成本的天然食品防腐剂全面替代传统化学防腐剂，为食品保鲜和新型抗菌药物开发提供绿色、可持续的生产新范式。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.175479