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聂尧教授团队在Microbial Cell Factories发表体内级联细胞工厂构建高选择性立体异构合成D-氨基酸的研究成果

来源:   发布时间 :2021-03-15  点击量:

近期,我校生物工程学院聂尧教授团队在D-氨基酸合成方面取得重要进展,研究成果“Highly Selective Synthesis of D-amino acids via Stereoinversion of Corresponding Counterpart by an in vivo Cascade Cell Factory”正式发表于Microbial Cell Factories (IF = 4.187) https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128620)。

D-氨基酸作为有机合成中的手性助剂和手性合成砌块,在医药和精细化学品合成中具有重要作用。当前, D-氨基酸的合成方法主要包括化学法和生物酶法,化学法主要存在成本高、收率低、选择性低和试剂毒性等缺点,而生物酶法通常需要特殊或昂贵且非商业化的底物来进行D-氨基酸的合成。因此,如何利用廉价易得的底物高效合成D-氨基酸及衍生物是实现大宗氨基酸高值化和高效合成D-氨基酸的主要问题。

   聂尧教授团队将分别来源于Proteus mirabilisL-氨基酸脱氨酶(LAAD)和来源于Symbiobacterium thermophilum的二氨基庚二酸脱氢酶H227V突变体(DAPDH)及来源于Burkholderia stabilis的甲酸脱氢酶(FDH)构建成一个级联细胞工厂来高选择性合成D-氨基酸。为了构建高效的体内级联系统,该研究评估了三种调节酶表达水平的策略,包括单质粒共表达,双质粒共表达和双质粒MBP融合共表达。通过优化和筛选获得具有高催化效率的双质粒MBP融合共表达菌株大肠杆菌pET-21b-MBP-laad/pET-28a-dapdh-fdh。在最佳条件下,添加15 mM NADP+300 mM甲酸铵,75 mg/mL的大肠杆菌pET-21b-MBPlaad/pET-28a-dapdh-fdh全细胞生物催化剂催化150 mM L-苯丙氨酸(L-Phe)在24h内高选择性立体异构合成D-苯丙氨酸(D-Phe)(ee > 99%)。另外,该体内级联细胞工厂还可成功用于多种芳香族和脂肪族L-氨基酸高选择性立体异构合成相应的D-氨基酸。本研究设计构建多酶耦联的立体异构体内级联细胞工厂并实现D-氨基酸及其衍生物的高选择性合成,为高效廉价的绿色生物制造D-氨基酸类化合物提供新的思路和方法。

图一.多酶级联系统构建及表达调控

图二. L-氨基酸脱氨酶、D-氨基酸脱氢酶和甲酸脱氢酶体内级联催化L-氨基酸立体异构合成D-氨基酸的体系设计构建

   聂尧教授和徐岩教授为该论文的通讯作者,2016级博士生张丹平为该论文的第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(2167612031872891)、江苏省研究生研究与实践创新计划(KYCX18_1794)、江苏高校优势学科建设工程项目、江苏高校品牌专业建设工程资助项目、江苏省先进工业发酵协同创新中心产业发展项目、宿迁市酶学重点实验室计划(M201803)、国家轻工技术与工程一流学科计划项目(LITE2018-09)的资助。


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