近期，我校生物工程学院周哲敏教授团队在绿色合成L-丙氨酸方面取得重要进展，研究成果“Biosynthesis of L-alanine from cis-butenedioic anhydride catalyzed by a triple-enzyme cascade via a genetically modified strain”正式发表于Green Chemistry (IF=10.182)(https://doi.org/10.1039/D1GC02244J)。
L-丙氨酸是生产维生素B6和氧氟沙星、依那普利等多种药物的重要原料。虽然发酵法生产L-丙氨酸是一种经济的方法，但产品的手性纯度为99.5%，且发酵过程中产生的副产物多导致提纯困难，不能很好地满足制药前体的要求。由酶法生产L-丙氨酸不仅可以得到光学纯度较高的单一产品，而且提纯简单，目前工业上酶法生产主要通过催化L-天冬氨酸或延胡索酸获得。
周哲敏教授团队探索了一种具有良好前景的多酶系统构建和应用策略，以及一种低成本、高效率的L-丙氨酸工业化生产工艺。以马来酸酐为原料，溶解于水中形成的马来酸分别在马来酸异构酶、天冬氨酸酶和天冬氨酸β脱羧酶的催化下，转化为L-丙氨酸。通过对关键酶的筛选、重组酶的表达优化和宿主细胞的基因修饰，获得了由宿主细胞基因组酶和两种重组酶组成的三酶系统。同时，开发了L-丙氨酸生产的绿色工艺：由三酶系统催化合成高浓度的L-丙氨酸，用马来酸滴定法沉淀L-丙氨酸，沉降后的上清溶液循环用于下一批全细胞催化。该工艺的成本效益可与目前工业上 L-丙氨酸的生产相媲美，而且产品L-丙氨酸的光学纯度高，非常适合作为药物前体。该研究结果不仅建立了顺丁烯二酸酐生产L-丙氨酸的绿色生产新工艺，而且为多酶级联催化提供了一种兼顾催化能力和细胞生长负荷的有前途的策略。
周哲敏教授和刘中美教授为该论文的共同通讯作者，生物工程学院19级硕士生崔睿智为该论文第一作者。上述研究工作得到了国际科技合作创新重点项目（2021YFC2100900, 2017YFE0129600）、国家自然科学基金（21878125）等项目的资助。
图1 顺酐合成L-丙氨酸的多酶级联反应示意图
图2 L-丙氨酸绿色生产的催化-萃取循环流程示意图
