近日江南大學(xué)生物工程學(xué)院周哲敏教授團隊在L-丙氨酸的綠色合成方面取得突破，研究成果“Biosynthesis of L-alanine from cis-butenedioic anhydride catalyzed by a triple-enzyme cascade via a genetically modified strain”發(fā)表于《Green Chemistry》雜志（JCR一區(qū)，影響因子：10.182）（DOI:10.1039/d1gc02244j）。

 

　　L-丙氨酸可以通過發(fā)酵法和酶法催化L-天冬氨酸脫羧合成。由于成本效益，工業(yè)上主要是發(fā)酵方法合成L-丙氨酸；但是與酶催化相比，發(fā)酵法生產(chǎn)L-丙氨酸存在光學(xué)純度差、副產(chǎn)物多、純化困難等明顯缺點。隨著L-丙氨酸作為藥物前體的需求不斷增加，生產(chǎn)具有高光學(xué)純度的L-丙氨酸變得日益重要。

 

　　本研究基于多酶系統(tǒng)構(gòu)建，探索了一種具有良好應(yīng)用前景的低成本、高效率的L-丙氨酸工業(yè)化生產(chǎn)工藝。本工藝以馬來酸酐為原料，分別在馬來酸異構(gòu)酶、天冬氨酸酶和天冬氨酸？？脫羧酶的催化下，轉(zhuǎn)化為L-丙氨酸。通過對關(guān)鍵酶的篩選、重組酶的表達(dá)優(yōu)化以及宿主細(xì)胞的基因修飾，獲得了由宿主細(xì)胞基因組酶和兩種重組酶組成的三酶系統(tǒng)，既降低了細(xì)胞的生長壓力，又實現(xiàn)了重組酶的高效表達(dá)。同時，開發(fā)了L-丙氨酸轉(zhuǎn)化的循環(huán)工藝：三酶系統(tǒng)催化合成的高濃度L-丙氨酸，用馬來酸滴定法沉淀L-丙氨酸，沉降后的上清溶液循環(huán)用于下一批全細(xì)胞催化，大大降低了污水排放。

 

　　該工藝生成的L-丙氨酸成本低，產(chǎn)率和光學(xué)純度高，非常適合作為藥物前體。另外，反應(yīng)液的循環(huán)利用可大幅減少廢水排放，符合綠色制造的發(fā)展戰(zhàn)略。

 

　　江南大學(xué)19級碩士生崔睿智為該論文第一作者，周哲敏教授和劉中美教授為該論文的共同通訊作者。上述研究工作得到了國際科技合作創(chuàng)新重點項目（2021YFC2100900, 2017YFE0129600）、國家自然科學(xué)基金（21878125）等項目的資助。