工业室陶勇课题组和我室杨克迁课题组合作在大肠杆菌高效全细胞催化青霉素方面取得重要进展

　　7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸(7-ADCA)是制备头孢类抗生素的重要中间体。传统的通过青霉素化学扩环生产7-ADCA的方法，存在步骤复杂、环境污染等问题。因此，建立绿色高效生产7-ADCA的方法是十分必要的。

　　青霉素扩环酶(DAOCS)催化的青霉素扩环反应是头孢菌素合成的关键酶，为提高DAOCS对青霉素G的亲和力，杨克迁研究员课题组通过迭代组合突变(Iterative Combinatorial Mutagenesis)获得了对青霉素G酶活力较高的DAOCS-H7(Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78(21):7809)。

　　在此基础上，微生物所陶勇研究员课题组和杨克迁研究课题组开展合作，在大肠杆菌中表达青霉素扩环酶(DAOCS)，利用全细胞催化高效转化青霉素G生成G-7-ADCA。为构建高效转化青霉素G生成G-7-ADCA的大肠杆菌工程菌株，陶勇研究员课题组通过在大肠杆菌中过表达DAOCS-H7，替代原三羧酸循环(TCA Cycle)中的 α-酮戊二酸脱氢酶，重构了初级代谢中的TCA，将DAOCS催化合成反应的共底物α-酮戊二酸变成反应的辅因子，通过TCA循环实现再生;重构的TCA循环，依赖DAOCS反应，同时推动DAOCS反应生成G-7-ADCA。在此基础上，通过减少乙酸积累、敲除宿主自身β-内酰胺酶减少底物和产物降解等手段进一步提高合成反应效率。在组合了以上代谢工程手段之后，G-7-ADCA的产量从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)，全细胞催化效率提高了11倍。

　　该研究工作通过重构初级代谢TCA循环，将其与生物合成反应偶联，实现高效的生物转化。展示了通过重构的TCA循环来推动目标酶促反应的可能性。该研究策略在α-酮戊二酸依赖型加氧酶类以及其他与TCA循环有关联的酶反应中具有广泛的借鉴意义。