重组大肠杆菌全细胞催化L-苏氨酸合成2,5-二甲基吡嗪

2,5-二甲基吡嗪 (2,5-dimethylpyrazine，2,5-DMP) 在食品香料与医药方面具有重要的经济价值，工业上普遍采用环境不友好且反应条件苛刻的化学合成法来生产。文中结合代谢工程和辅因子工程策略设计高效催化L-苏氨酸合成2,5-DMP的全细胞催化剂，实现微生物转化法合成2,5-DMP。本研究首先分析了不同微生物来源的苏氨酸脱氢酶 (Threonine dehydrogenase，TDH) 对2,5-DMP合成的影响，发现来源于大肠杆菌Escherichia coli中EcTDH具有最佳的催化能力，2,5-DMP产量达到 (438.3±23.7) mg/L。随后结合辅因子工程，通过引入乳脂链球菌Lactococcus cremoris中NADH氧化酶 (NADH oxidase，LcNoxE) 并优化其表达方式发现通过融合表达EcTDH和LcNoxE可平衡胞内NADH/NAD+水平，维持较高细胞存活率，进一步提高2,5-DMP产量。最后，通过阻断合成2,5-DMP的支路代谢途径，可以显著减少副产物积累，增加2,5-DMP产量，同时提高L-苏氨酸转化率。最终获得的重组菌EcΔkΔAΔBΔA/TDHEcNoxELc-PSstT在含有5 g/L L-苏氨酸的转化体系中于37 ℃、200 r/min孵化24 h，可积累 (1 095.7±81.3) mg/L的2,5-DMP，L-苏氨酸转化率达到76%，产物得率为0.288 g/(g L-苏氨酸)。因此，文中构建的重组菌可以实现高效催化L-苏氨酸合成2,5-DMP，具有一定的工业应用潜力。

Biosynthesis of 2,5-dimethylpyrazine from L-threonine by whole-cell biocatalyst of recombinant Escherichia coli