【生物基能源与材料】获悉，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室赵黎明教授、邓琛副教授团队在《Bioresource Technology》发表突破性研究成果——“Multi-dimensional metabolic engineering and enzyme engineering in Escherichia coli for highly efficient biosynthesis of 2,5-furandicarboxylic acid”。

他们通过多维代谢工程和蛋白质工程，成功构建了一株高效合成2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的大肠杆菌工程菌，在5 L发酵罐中FDCA产量达到170.72 mM（26.65 g/L），对底物HMF的摩尔得率高达94.8%，为大肠杆菌全细胞催化合成FDCA报道的最高水平之一。

FDCA是替代石油基对苯二甲酸的关键生物基单体，用于生产可降解塑料PEF，具有显著的碳减排优势。然而，底物HMF的高细胞毒性和代谢瓶颈长期制约着生物发酵法的工业化。

    
本研究搭建 HMF 氧化完整合成通路，通过基因拷贝数、RBS 翻译调控平衡代谢通量；借助 AI 蛋白设计平台 VenusFactory 改造关键醛脱氢酶 EcALDH，最优突变体 H263A 对两大中间体催化效率提升 3–8 倍，打通核心限速步骤。团队进一步开展辅酶工程强化 NAD+、FAD 供给，并结合转录组筛选出介导中间体渗漏的转运蛋白 AroP，敲除后大幅减少中间产物的流失。

该研究的三大创新点：

①首次将AI酶设计平台（VenusFactory）应用于FDCA合成途径，对醛脱氢酶EcALDH进行深度突变筛选，获得了催化效率显著提升的H263A变体，并明确了其结构机制；

②证实了辅因子再生和转运蛋白工程在克服HMF毒性中的协同作用；

③实现了接近理论得率的高浓度发酵，且展示了其产业化潜力。

研究的局限性：

①菌株 HMF 耐受性依然有限，虽通过分批补料降低毒性，但仍是未来产量限制的一大因素；

②未敲除内源还原酶，发酵过程仍存在微量副产物生成，影响后期纯化；

③发酵后期合成速率下降，整体生产强度仍有较大提升空间。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852426010710

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