頭孢類抗生素是臨床應(yīng)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(guó)生物制造領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。近日，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)在多酶協(xié)同催化合成7-ADCA方面取得新進(jìn)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(tǒng)化學(xué)合成法存在高能耗、高污染等問(wèn)題，難以滿足綠色可持續(xù)發(fā)展的需求。生物催化技術(shù)雖具有反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，但面臨酶表達(dá)不平衡、輔因子再生困難等技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致整體轉(zhuǎn)化效率偏低。

針對(duì)上述難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(guò)氧化氫酶的三酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)路徑，成功實(shí)現(xiàn)了關(guān)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(tuán)隊(duì)突破傳統(tǒng)單細(xì)胞催化系統(tǒng)的局限，提出“功能分菌”策略，構(gòu)建了兩種工程化大腸桿菌SCell-A與SCell-B，分別承擔(dān)不同酶的表達(dá)與功能分工，有效緩解了細(xì)胞表達(dá)和催化壓力。

通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化多酶催化比例、反應(yīng)溫度等關(guān)鍵參數(shù)，該催化體系在15升規(guī)模反應(yīng)器中，僅用10小時(shí)即可將50克/升青霉素G轉(zhuǎn)化為38.30克/升的中間體G-7-ADCA，轉(zhuǎn)化率高達(dá)95.32%。隨后通過(guò)固定化酰化酶一步水解，成功獲得81.32克/升的7-ADCA，時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到40.7克/升/小時(shí)，為目前文獻(xiàn)報(bào)道的最高水平。

該研究不僅突破了現(xiàn)有生物合成技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)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(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、天津市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《ACS可持續(xù)化學(xué)與工程》。