2022年11月9日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员于涛团队与瑞典查尔姆斯理工大学Jens Nielsen团队合作，在Nature Metabolism上发表研究论文，题为Metabolic reconfiguration enable synthetic reductive metabolism in yeast。
研究团队通过理性设计，组合磷酸戊糖循环、转氢循环和外部呼吸链三个模块，在酵母细胞内构建了一个合成能量系统，其可以支持细胞生长和高还原性化合物的生产，并实现40%的自由脂肪酸产率。
于涛团队致力于利用合成生物学方法，解决可持续制造、绿色能源的生物存储与粮食安全等重大问题。前期工作中，团队成功实现了空气中CO2到葡萄糖与脂肪酸的制备，该工作开发的合成能量系统（细胞双引擎），进一步提高了脂肪酸的转化率，并为下一步开发可再生能源的生物储能技术打下了基础。
细胞在生长过程中合成大分子、构建碳骨架，这些过程消耗能量，且需要克服底物和生物量之间的还原度差异。
对于脂质等高价值的储能化合物，其还原度远高于葡萄糖等底物，细胞往往需要额外的还原力和能量来合成这些化合物。而这无疑需要对细胞的代谢网络进行重构，因为细胞获取能量和还原力、合成大分子和构建碳骨架的目的是为自身生长，而不是产品合成。因此，研究人员构想，是否有可能从头构建一个合成的能量系统，其是否可以取代内源的能量系统为细胞供应能量支撑生长？其是否能为化学品合成提供额外的能量和还原力？
研究团队通过理性重排还原代谢，在酵母细胞内构建了一个新型合成能量系统，利用重复的单脱羧反应和转氢循环实现NADPH和NADH的合成，并进一步转变为能量进行释放。该系统由三个模块组成：磷酸戊糖（Pentose Phosphate，PP）循环、转氢循环和外部呼吸链。
研究人员模拟线粒体内的氧化呼吸链，表达了两种外部NADH脱氢酶NDE1和NDE2，将胞质NADH与线粒体电子传递链联系起来，得到菌株SynENG012。在下调TCA循环关键基因异柠檬酸脱氢酶IDH2的表达水平时，细胞生长逐渐受损乃至致死；放入合成能量系统（转氢循环和外部呼吸链）后，细胞生长不受影响。这些说明合成能量系统可以替代胞内原有能量系统发挥作用，支持细胞生长。
生物技术的挑战之一是如何在刚性代谢网络的基础上改变胞内能量（ATP）和还原力（NADH/NADPH）的相对化学计量比，来积累过量能量/还原力进行产品合成。该研究构建了一个合成能量系统，为细胞供给额外的能量和还原力，经过实验验证，该系统可替代原有的TCA循环，可支持高还原度化学品的生产，也可与其他途径合作高效生产以乙酰辅酶A为前体的化学品。这是第一个通过理性设计构建的合成能量系统。
这项研究揭示了细胞能量代谢网络的可塑性：尽管经过了几百万年的进化，细胞的能量代谢网络依然可以重构。