天津
頭孢類抗生素是臨床應用廣泛的重要藥物，其核心原料7-氨基去乙酰氧基頭孢烷酸（7-ADCA）的綠色高效合成一直是我國生物制造領域關注的重點。近日，中國科學院天津工業生物技術研究所團隊在多酶協同催化合成7-ADCA方面取得新進展，為頭孢類抗生素的綠色生物制造提供了新路徑。
7-ADCA是合成頭孢氨芐、頭孢拉定等頭孢類抗生素的重要母核。傳統化學合成法存在高能耗、高污染等問題，難以滿足綠色可持續發展的需求。生物催化技術雖具有反應條件溫和、環境友好等優勢，但面臨酶表達不平衡、輔因子再生困難等技術瓶頸，導致整體轉化效率偏低。
針對上述難題，研究團隊創新設計了一條包含脫乙酰氧基頭孢菌素C合成酶、L-谷氨酸氧化酶和過氧化氫酶的三酶級聯反應路徑，成功實現了關鍵輔因子α-酮戊二酸的再生，顯著降低了輔因子添加成本。團隊突破傳統單細胞催化系統的局限，提出“功能分菌”策略，構建了兩種工程化大腸桿菌SCell-A與SCell-B，分別承擔不同酶的表達與功能分工，有效緩解了細胞表達和催化壓力。
通過系統優化多酶催化比例、反應溫度等關鍵參數，該催化體系在15升規模反應器中，僅用10小時即可將50克/升青霉素G轉化為38.30克/升的中間體G-7-ADCA，轉化率高達95.32%。隨后通過固定化酰化酶一步水解，成功獲得81.32克/升的7-ADCA，時空產率達到40.7克/升/小時，為目前文獻報道的最高水平。
該研究不僅突破了現有生物合成技術瓶頸，實現了頭孢類抗生素母核的高效綠色合成，還為其他高值化合物的生物合成提供了可借鑒的多酶催化新策略。該研究工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項、天津市自然科學基金等項目的支持。相關成果已發表于國際學術期刊《ACS可持續化學與工程》。
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