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。
中国科学院微生物研究所研究员陶勇课题组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。为提高DAOCS对非天然底物青霉素G的活力，研究员杨克迁课题组通过迭代组合突变（Iterative Combinatorial Mutagenesis）获得了酶活力较高的DAOCS-H7（Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78(21):7809）。陶勇课题组通过在大肠杆菌中过表达DAOCS-H7，构建转化青霉素G生成G-7-ADCA的工程菌株。通过重构初级代谢中的三羧酸循环（TCA Cycle），将合成反应的共底物α-酮戊二酸变成反应的辅因子，通过TCA循环实现再生；通过推动TCA循环，推动合成反应进行。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。通过组合以上代谢工程手段，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。
该研究工作通过对大肠杆菌初级代谢网络的精巧设计，重构TCA并偶联生物合成反应，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。
上述研究结果发表在PNAS上。陶勇课题组的林白雪为第一作者。陶勇和杨克迁为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金项目和“973”项目的资助。
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