ω-氨基酸与内酰胺的生物合成研究进展

Recent advances in the biosynthesis of ω-amino acids and lactams

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摘要以可再生碳资源为原料,以工程微生物为核心工具,通过生物制造的方式生产生物基材料等化学品,具有绿色、低碳的优势,已经成为目前研究的热点.ω-氨基酸是氨基和羧基分别位于支链碳链两端的一种非天然氨基酸,其自身环化的产物内酰胺是合成聚酰胺材料(又名尼龙)的关键单体.聚酰胺材料具有广泛的应用与巨大的市场,目前主要通过石化路线生产,生物合成路线仍处于研究阶段,但是近年来进展迅速.本文系统介绍了 ω-氨基酸与内酰胺的生物合成研究进展.为合成生物基聚酰胺材料,研究者设计了 ω-氨基酸的人工合成途径,挖掘了可环化ω-氨基酸合成内酰胺的关键酶,通过在微生物底盘细胞中组装合成途径,调控和优化代谢流量,开发内酰胺生物传感器并进行高通量筛选,实现了 C4～C6的ω-氨基酸和内酰胺的生物合成.尤其以葡萄糖为原料合成戊内酰胺的产量超过70g/L,生产强度达到约lg/(L·h),接近可工业化的水平.最后,本文也讨论了目前ω-氨基酸与内酰胺生物合成面临的途径原子经济性低、关键环化酶限速、一碳等非粮原料开发利用不足等挑战.