7－氨基去乙酰氧基頭孢烷酸（7-ADCA）是制備頭孢類抗生素的重要中間體。傳統(tǒng)的通過青霉素化學擴環(huán)生產(chǎn)7-ADCA的方法，存在步驟復雜、環(huán)境污染等問題。因此，建立綠色高效生產(chǎn)7-ADCA的方法是十分必要的。 

　　中國科學院微生物研究所研究員陶勇課題組在大腸桿菌中表達青霉素擴環(huán)酶(DAOCS)，利用全細胞催化高效轉(zhuǎn)化青霉素G生成G-7-ADCA。為提高DAOCS對非天然底物青霉素G的活力，研究員楊克遷課題組通過迭代組合突變（Iterative Combinatorial Mutagenesis）獲得了酶活力較高的DAOCS-H7（Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78(21):7809）。陶勇課題組通過在大腸桿菌中過表達DAOCS-H7，構(gòu)建轉(zhuǎn)化青霉素G生成G-7-ADCA的工程菌株。通過重構(gòu)初級代謝中的三羧酸循環(huán)（TCA Cycle），將合成反應的共底物 -酮戊二酸變成反應的輔因子，通過TCA循環(huán)實現(xiàn)再生；通過推動TCA循環(huán)，推動合成反應進行。通過減少乙酸積累、敲除宿主自身 -內(nèi)酰胺酶減少底物和產(chǎn)物降解等手段進一步提高合成反應效率。通過組合以上代謝工程手段，G-7-ADCA的產(chǎn)量從2.50 0.79 mM (0.89 0.28 g/L) 提高到 29.01 1.27 mM (10.31 0.46 g/L)，全細胞催化效率提高了11倍。 

　　該研究工作通過對大腸桿菌初級代謝網(wǎng)絡的精巧設計，重構(gòu)TCA并偶聯(lián)生物合成反應，實現(xiàn)高效的生物轉(zhuǎn)化。展示了通過重構(gòu)的TCA循環(huán)來推動目標酶促反應的可能性。該研究策略在 -酮戊二酸依賴型加氧酶類以及其他與TCA循環(huán)有關(guān)聯(lián)的酶反應中具有廣泛的借鑒意義。 

　　上述研究結(jié)果發(fā)表在PNAS上。陶勇課題組的林白雪為第一作者。陶勇和楊克遷為通訊作者。研究得到了國家自然科學基金項目和“973”項目的資助。 

　　文章鏈接 

　　利用DAOCS反應重構(gòu)TCA循環(huán)。(a) DAOCS 催化反應；(b) 重構(gòu)TCA循環(huán)示意圖；(c) 工程菌株催化效率。