基于醛代谢阻断的乙醇醛的高效生物合成研究

乙醇醛是一种具有醇和醛双重性质的化合物，可作为氨基酸、医药、农药、感光材料或聚合物的合成前体，广泛应用于有机合成领域。已报道的乙醇醛的化学或生物合成过程存在产物选择性低、副产物多、产率低的问题。来源于氧化葡萄糖杆菌的膜结合乙醇脱氢酶对末端羟基具有严格的区域选择性，转化乙二醇只生成乙醇醛，此过程需要辅酶PQQ。本课题以氧化葡萄糖杆菌全细胞催化乙二醇合成乙醇醛为研究对象，针对醛过氧化的问题，通过荧光定量PCR、基因敲除与互补、异源表达、底物特异性分析等实验，鉴定氧化葡萄糖杆菌中参与醛氧化的酶，表征其催化功能，分析其表达调控规律与催化过程的关系，构建乙醇醛氧化代谢阻断的、可高效合成乙醇醛的工程菌；同时通过使用人工氢受体代替氧以阻断醛的氧化通路，建立无氧条件下的乙醇醛生物合成过程。项目的研究成果对于实现乙醇醛及其它醛的高效生物法合成具有重要意义，为阐述氧化葡萄糖杆菌的醛代谢途径提供理论依据。

乙醇醛是一种具有醇和醛的双重性质的化合物，可作为氨基酸，医药、农药、感光材料或特殊聚合物的合成前体，广泛应用于有机合成领域。已报道的乙醇醛的化学合成或生物转化过程存在产物选择性低、副产物多、产率低的问题。.本课题以水溶性羟基醛（乙醇醛）的高效生物合成为研究目的，从四个方面完成研究。首先,完成了氧化葡萄糖酸杆菌中参与乙二醇氧化生成乙醇醛的关键酶的鉴定，通过对15种氧化还原酶的克隆、表达、纯化和催化功能鉴定，明确了3 个参与醛氧化的酶，发现了多个在手性醇合成中具有应用潜力的新酶，拓展了用于生物催化反应的氧化还原酶酶资源。其次，构建了膜结合乙醇脱氢酶过表达和膜结合乙醛脱氢酶缺失的G.oxydans基因工程菌，提高了醇的氧化活性，同时部分阻断了醛的进一步氧化；建立了全细胞催化水杨醇生成水杨醛反应过程。第三，利用人工电子受体取代氧，建立了全细胞催化醇生成醛的无氧反应体系，实现了乙醇醛等醛的有效积累。最后，在G.oxydans中发现了一个能选择性氧化二元醇生成相应的羟基醛的新酶GOX0313，在有氧情况下也可实现乙醇醛在水溶液中的较高浓度积累，从而建立了一条生物催化合成乙醇醛的新途径。.在完成预期研究内容的基础上，项目执行期间相关研究工作发表了文章6篇；申请6项发明专利，其中3项获得了授权；获得1项上海市科技进步奖一等奖（2012年），培养了2名博士和3名硕士。