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 mirabilis的L-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+和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（21676120、31872891）、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。
