7－氨基去乙酰氧基頭孢烷酸（7-ADCA）是製備頭孢類抗生素的重要中間體。傳統的通過青黴素化學擴環生產7-ADCA的方法，存在步驟複雜、環境汙染等問題。因此，建立綠色高效生產7-ADCA的方法是十分必要的。
中國科學院微生物研究所研究員陶勇課題組在大腸杆菌中表達青黴素擴環酶(DAOCS)，利用全細胞催化高效轉化青黴素G生成G-7-ADCA。為提高DAOCS對非天然底物青黴素G的活力，研究員楊克遷課題組通過迭代組合突變（Iterative Combinatorial Mutagenesis）獲得了酶活力較高的DAOCS-H7（Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78(21):7809）。陶勇課題組通過在大腸杆菌中過表達DAOCS-H7，構建轉化青黴素G生成G-7-ADCA的工程菌株。通過重構初級代謝中的三羧酸循環（TCA Cycle），將合成反應的共底物α-酮戊二酸變成反應的輔因子，通過TCA循環實現再生；通過推動TCA循環，推動合成反應進行。通過減少乙酸積累、敲除宿主自身β-內酰胺酶減少底物和產物降解等手段進一步提高合成反應效率。通過組合以上代謝工程手段，G-7-ADCA的產量從2.50 ± 0.79 mM (0.89 ± 0.28 g/L) 提高到 29.01 ± 1.27 mM (10.31 ± 0.46 g/L)，全細胞催化效率提高了11倍。
該研究工作通過對大腸杆菌初級代謝網絡的精巧設計，重構TCA並偶聯生物合成反應，實現高效的生物轉化。展示了通過重構的TCA循環來推動目標酶促反應的可能性。該研究策略在α-酮戊二酸依賴型加氧酶類以及其他與TCA循環有關聯的酶反應中具有廣泛的借鑒意義。
上述研究結果發表在PNAS上。陶勇課題組的林白雪為第一作者。陶勇和楊克遷為通訊作者。研究得到了國家自然科學基金項目和“973”項目的資助。
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