近期，我校生物工程学院陆震鸣教授团队在S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的高效生物合成方面取得重要突破，研究成果“Engineering the Distal Loci of SAM Synthase for High-Yield Synthesis of SAM Using Whole-Cell Catalysis”正式发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering (IF = 7.3) (https://pubs.acs.org/action/showCitFormats?doi=10.1021/acssuschemeng.5c04717&ref=pdf)。
S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是一种重要的代谢中间体，广泛应用于医药、农业和生物燃料等领域。传统的化学合成法污染严重、步骤复杂；微生物发酵法周期长、下游提取困难；酶法催化虽效率高但酶成本昂贵、稳定性差。因此，开发高效、绿色、适于放大的全细胞催化系统具有重要工业意义。
研究团队针对酿酒酵母来源的SAM合成酶（SAM2）在大肠杆菌中异源表达时酶活低、溶解度差的问题，创新性地提出“远端位点工程”策略，结合表达优化，显著提升了SAM2的催化效率和稳定性。首先，通过融合表达MBP标签和优化诱导条件，实现了SAM2的可溶性表达，全细胞催化产量提升至341.93 mg/L。随后，通过理性设计优化RBS和终止子强度，进一步将产量提升至439.97 mg/L。
采用半理性设计方法，结合丙氨酸扫描、FireProt和PROSS算法，对SAM2的活性中心及远端位点进行系统突变筛选。最终获得的I189V/V266H双点突变体酶活较野生型提高1353.08%，热稳定性显著增强，全细胞催化产量提升524.62%。分子动力学模拟表明，远端突变通过增强氢键、极性作用和疏水相互作用，优化了酶的整体构象和底物结合能力。
在5 L发酵罐中，采用绿色补料策略（ATP浓度45 mM），于OD₆₀₀=60条件下反应12小时，SAM产量达16.39 g/L，转化率达91.3%，为目前报道最高水平。采用D152离子交换树脂纯化，SAM回收率达82.5%，产品纯度超过95%。该研究不仅建立了高效的SAM全细胞催化合成系统，也为其他酶分子的远端工程改造提供了新思路。
徐国强副教授为论文的通讯作者，我校2022级硕士生黄浩威为第一作者。上述研究得到了国家重点研发计划（2020YFA0908300）、江苏省自然科学基金面上项目（No. BK20191333）等资助。
近年来，陆震鸣教授团队以合成生物学科学理论为指导，在氨基酸衍生物（S-腺苷蛋氨酸和γ-聚谷氨酸等）的合成生物制造等方面取得系列成果，相关研究成果已发表在Metabolic Engineering (2024, 2019)、Journal of Agricultural and Food Chemistry（2025）等本领域权威期刊。
