7－氨基去乙酰氧基头孢烷酸（7-ADCA）是制备头孢类抗生素的重要中间体。传统的通过青霉素化学扩环生产7-ADCA的方法，存在步骤复杂、环境污染等问题。因此，建立绿色高效生产7-ADCA的方法是十分必要的。

      微生物所陶勇研究员课题组在大肠杆菌中表达青霉素扩环酶(DAOCS)，利用全细胞催化高效转化青霉素G生成G-7-ADCA。为提高DAOCS对非天然底物青霉素G的活力，杨克迁研究员课题组通过迭代组合突变（Iterative Combinatorial Mutagenesis）获得了酶活力较高的DAOCS-H7（Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78(21):7809）。陶勇研究员课题组通过在大肠杆菌中过表达DAOCS-H7，构建转化青霉素G生成G-7-ADCA的工程菌株。通过重构初级代谢中的三羧酸循环（TCA Cycle），将合成反应的共底物α-酮戊二酸变成反应的辅因子，通过TCA循环实现再生；通过推动TCA循环，推动合成反应进行。通过减少乙酸积累、敲除宿主自身β-内酰胺酶减少底物和产物降解等手段进一步提高合成反应效率。通过组合以上代谢工程手段， G-7-ADCA的产量从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)，全细胞催化效率提高了11倍。

       该研究工作通过对大肠杆菌初级代谢网络的精巧设计，重构TCA并偶联生物合成反应，实现高效的生物转化。展示了通过重构的TCA循环来推动目标酶促反应的可能性。该研究策略在α-酮戊二酸依赖型加氧酶类以及其他与TCA循环有关联的酶反应中具有广泛的借鉴意义。

       上述研究结果发表在Proc Natl Acad Sci U S A.上。陶勇课题组的林白雪为第一作者。陶勇研究员和杨克迁研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金项目和“973”项目的资助。

       文章链接http://www.pnas.org/content/112/32/9855