大腸桿菌合成生物基塑料單體5-氨基戊酸的代謝工程

羅若詩，楊錫智，程 杰，徐彥芹，周 楨，王 丹，王欽宏

(1.重慶大學化學化工學院化工過程強化與反應國家地方聯合工程實驗室，重慶400044；2.重慶大學藥學院，重慶400044；3.中國科學院 天津工業生物技術研究所國家合成生物技術創新中心，天津300308)

尼龍5和尼龍5,6是重要的工程塑料，可應用于機械、化工、儀表、汽車等工業。5-氨基戊酸(5AVA)是生產尼龍 5[1]和尼龍5,6[2]的潛在原料，也能用于戊二酸[1,3]、δ-戊內酰胺[2,4]、1,5-戊二醇[5]和 5-羥基戊酸[5]等C5平臺化學品的生產。化學合成5AVA過程復雜，反應過程需多步完成，增加了轉換過程成本，產率較低。同時，在反應過程中會產生大量廢液，造成環境污染。生物法合成5AVA綠色環保,引起了廣大研究者的廣泛關注。

目前主要有3種5AVA 生物合成途徑。5AVA 的天然合成途徑是在惡臭假單胞菌中發現的[6-9]。第一步，L-賴氨酸 2-單加氧酶(DavB)將 L-賴氨酸轉化為5-氨基戊酰胺。第二步，δ-氨基戊酰胺酶(DavA)將 5-氨基戊酰胺水解為5AVA。Park 等[3]發現當DavB和DavA 過表達時，設計的重組大腸桿菌WL3110以 L-賴氨酸為底物可生產3.6 g/L 5AVA。Liu 等[5]將DavB和DavA 進行過表達及純化，利用酶催化的方法耦聯生產20.8 g/L 5AVA，得率為 0.69 g/g L-賴氨酸。Park 等[2]、Wang等[10]構建了重組大腸桿菌 W3110/DAVAB，以120 g/L L-賴氨酸為底物進行高密度發酵和全細胞催化技術可生產 90.59 g/L 5AVA。Shin 等[11]設計了不同復制子和啟動子的谷氨酸棒狀桿菌菌株，最終能以 250 g/L 葡萄糖為底物，生產了 33.1 g/L 5AVA。Jorge 等[12]建立了一種以戊二胺為中間體生產5AVA的新途徑，該途徑包括 L-賴氨酸脫羧酶 (LDC)、戊二胺轉氨酶 (PatA) 和γ-氨基丁醛脫氫酶 (PatD)，最終可以生產 5.1 g/L 5AVA，得率為 0.13 g/g。此外，Rohles等[13]還建立了同時生產C5平臺化學品5AVA與DAP(戊二胺)的耦合生產工藝，最優菌株能生產28 g/L 5AVA，最大生產率為0.9 g/(L·h)。……