近日，微生物技术国家重点实验室马翠卿、高超教授团队在化学及绿色可持续发展技术领域的高水平期刊green chemistry发表题为“an in vitro cascade with four enzymes for the production of d-3,4-dihydroxybutyric acid from d-xylose”的研究论文。微生物技术国家重点实验室博士毕业生张一鹏和硕士研究生马立婷为共同第一作者，高超教授为论文通讯作者，山东大学为第一完成单位和通讯作者单位。
图为基于体外多酶级联体系从木糖生产d-3,4-二羟基丁酸
d-3,4-二羟基丁酸（d-3,4-dihydroxybutyric acid，d-3,4-dhba）是一种重要的平台化学品，在化学和制药工业中有着广泛的应用。目前化学法生产3,4-dhba需高浓度的naoh提供强碱环境，选用剧毒的氰化物作为催化剂，对环境不友好。通过传统代谢工程手段生物法合成3,4-dhba存在合成线路涉及步骤多、生产效率和产量低等问题。研究团队前期构建了以木糖为底物，基于gluconobacter oxydans和重组escherichia coli共培养生产3,4-dhba的技术体系，最优条件下3,4-dhba产量达3.26g/l，产率达0.47g/g。（acs sustainable chem. eng., 2021, 9, 10809–10817.if 9.224）
体外多酶级联体系基于天然或非天然代谢途径，通过在体外组装多个酶，实现目标产物的高效生产，是一种新的潜力巨大的化合物合成平台，具有反应速率快、选择性高、易于操作等优势，已被应用于基于二氧化碳生产淀粉等创新研究，但体外多酶级联体系存在生物催化剂制备和添加外源辅因子成本高等问题。本研究中作者发现来源于streptomyces coelicolor a3中的醇醛氧化酶scaldo可同时催化木糖和3,4-二羟基丁醛的氧化，在此基础上构建了一个由scaldo、二羟基羧酸脱水酶（pudht）、α-酮酸脱羧酶（llkdca）和过氧化氢酶（ancat）4个酶组成的多酶偶联体系，在最适条件下，以木糖为底物，d-3,4-dhba的产量为4.55g/l，达到理论得率的83%。本研究创新性地应用scaldo替代两种nad依赖型脱氢酶实现木糖和3,4-二羟基丁醛的氧化，可减少体外多酶级联体系所需酶的数量，且反应体系中无需昂贵辅因子nad和atp的添加。该研究提出了d-3,4-dhba生物法生产的可行路线，同时为来源于半纤维素的木糖资源化利用提供了新的选择。
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