酶法高效生产医药中间体L-高苯丙氨酸

注：文末有研究团队招聘启事及本文科研思路分析

L-高苯丙氨酸 (L-HPA) 是合成20余种手性药物的重要中间体，包括血管紧张素转换酶抑制剂、蛋白酶抑制剂、乙酰胆碱酯酶抑制剂、中性内肽酶抑制剂和β-内酰胺抗生素。为了开发一条高效、低成本的L-HPA的合成路线，江南大学刘立明教授（点击查看介绍）课题组设计了一条以廉价的苯甲醛和丙酮酸为起始原料，通过酶促和自发化学反应相结合的L-HPA高效合成路线，极具成本优势。

为了构建这一路线，通过多种酶筛选技术，筛选确定了催化每一步反应所需要的最佳路径酶。同时借助基因采矿技术筛选到一个不依赖于黄素辅因子的能催化不饱和酮酸的烯还原酶，这一还原酶具有较高的活性和稳定性，具有良好的商业应用潜力。在此基础上，作者对筛选获得的最佳路径酶进行了表达、纯化和体外组装，验证路径的有效性。并借助代谢工程手段在体内进行组装，发现苯丙氨酸脱氢酶的催化效率和低表达量成为路径的限速步骤，因此进行蛋白质工程改造，获得最优突变体，并借助半胱氨酸突变和对C端无序区的截短提高其在体内表达量，实现了菌体中的最佳酶配比，得到了最佳生产菌株。

图1. 路径酶的筛选

图2. 苯丙氨酸脱氢酶改造

最终，在优化反应条件后，通过分批补料策略，在5 L规模的生物反应器中，实现了L-高苯丙氨酸的规模化制备，使L-高苯丙氨酸的产量达到100.9 g/L，转化率为94%。

图3. L-高苯丙氨酸的规模化制备

总之，作者设计了一条酶促和自发化学反应相结合的路线，实现了利用廉价原料合成L-高苯丙氨酸的目的。利用了现代生物催化生产高价值化学品的不同的最先进的方法，通过结合不同的计算工具，酶筛选和酶工程方法，使作者能够在工业规模上获得L-高苯丙氨酸。这为多酶级联生产其他高价值的化学品提供了一个可以借鉴的案例。

相关文章发表于Angew. Chem. Int. Ed.，第一作者是江南大学2021级博士生高登科。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Efficient Production of L-homophenylalanine by Enzymatic–Chemical Cascade Catalysis

Dengke Gao, Wei Song, Jing Wu, Liang Guo, Cong Gao, Jia Liu, Xiulai Chen, Liming Liu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202207077

导师介绍

刘立明

https://www.x-mol.com/university/faculty/49933 

课题组链接

http://fmme.jiangnan.edu.cn/

博士后(2-3名)招聘启事 

1 研究方向：为酶工程，重点研究新酶结构功能与催化机制解析；功能酶制剂的设计和改造；人工金属酶的计算模拟与设计。需要有：(1) 有蛋白质科学或物理化学等相关学科（包括但不限于结构生物学、生物信息学、生物工程、计算化学等）的博士学位，在本专业有优秀研究记录；(2)熟练掌握酶工程相关领域的实验技能，优先考虑具有酶催化反应机理的计算模拟经验者；(3)热爱科学研究工作、有很强的责任心、组织协调能力和团队合作意识。

2 博士后待遇：(1)博士论文答辩通过；(2)年龄不超过33周岁；(3)博士后人员实行基本年薪制，各项合计约32万元/年（含五险一金，中国籍），课题组另外发放3-5万元津贴/年；(4)学校可为博士后人员提供青年教师公寓租住；(5)在站期间，博士后在我校可参评高级专业技术职务；(6)优秀博士后出站后可申请留校。

3 应聘方式: (1) 申请者请将本人简历发送至mingLL@jiangnan.edu.cn，邮件主题注明“博士后岗位”，附件形式的简历请注明姓名_学历_学校/现单位。(2) 初选合格者电话或Email通知本人参加面试。(3) 参加面试者需提供学历、学位证书及复印件；已发表论文复印件。

科研思路分析

Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：如上所述，我们的研究兴趣是致力于解析生物加工过程中生物体(微生物/酶)的生理特性和调控机制，发展强化生产性能的新技术和新方法，以创建新一代工业菌株和性能先进的酶制剂，实现生物技术产品的低成本制造。因此我们针对L-高苯丙氨酸实际生产过程中，存在原料价格高，难于进行工业化生产。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：本项研究中最大的挑战是如何设计出一条切实可行的从廉价原料合成L-高苯丙氨酸的路线。在这个过程中，我们团队在医药中间体的生物转化这方面的经验起了至关重要的作用，先后实现了多种产品的生物制造包括双酶级联催化生产β-丙氨酸、氨基酸脱氨酶生产α-酮酸片等。同时，结合现代生物催化技术的发展，最终设计出了L-高苯丙氨酸的路线。

Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？

A：该项成果实现了从廉价原料生产L-高苯丙氨酸的目的，具有工业化应用的前景。这将对以L-高苯丙氨酸作为合成前体的相关手性药物的生产方面具有一定的推动作用。另外，我们从路径设计，路径酶的挖掘与组装，路径酶的改造等方面的经验，将对级联设计生产其他高附加值的化学品提供一定的借鉴意义。