研究人員開發羥基酪醇高效全細胞催化劑

　　羥基酪醇（Hydroxytyrosol）是一種天然的抗氧化劑，具有很強的清除自由基能力。已報道的以酪氨酸為底物生成羥基酪醇的生物合成途徑由于使用了鼠源酪氨酸羥化酶，嚴重地限制了羥基酪醇的有效生成。中國科學院微生物研究所唐雙焱課題組在文獻調研及前期工作的基礎上，通過有序消除兩個限速酶步驟的瓶頸制約，成功開發了高效的大腸桿菌羥基酪醇全細胞催化劑。

　　首先，唐雙焱團隊利用蛋白結構指導建模和定向進化技術對大腸桿菌單加氧酶HpaBC進行了工程化改造，獲得了能高效催化酪氨酸生成左旋多巴的HpaBC突變體并用來替換掉原通路中限速的鼠源酪氨酸羥化酶。接下來該團隊解析了來自于谷氨酸棒桿菌的調控蛋白VanR與其天然誘導物香草酸的復合物晶體結構，進而通過對VanR蛋白誘導特異性的改造和篩選，成功獲得能特異性響應羥基酪醇誘導的VanR蛋白突變體，并將其打造成首個羥基酪醇的全細胞生物傳感器。利用該生物傳感器，唐雙焱團隊對羥基酪醇新生物合成途徑中的第二個限速酶酪胺氧化酶（TYO）進行了體內的定向進化改造及篩選，最終得到的羥基酪醇高產菌對底物酪氨酸的轉化率達到了95%，5L發酵罐羥基酪醇產量達到了4,690 mg L-1，均為目前報道最高。該項工作展示了限速步驟有序去瓶頸化技術在打造高效全細胞催化劑中的有效性，實現了羥基酪醇的高效生物合成。該方法可被廣泛應用于其他的組合生物合成研究，進一步拓展了蛋白質工程改造技術在代謝工程研究中的應用，為天然產物的高效生物合成研究提供了新思路和技術依據。

　　該研究以Developing a highly efficient hydroxytyrosol whole-cell catalyst by de-bottlenecking rate-limiting steps 為題，3月23日在線發表于《自然-通訊》（Nature Communications，doi: 10.1038/s41467-020-14918-5）。微生物所博士研究生姚駿、新加坡分子與細胞生物學研究所博士何洋為論文并列第一作者，研究員唐雙焱、主任研究員宋海衛（新加坡分子與細胞生物學研究所）、副研究員陳偉、教授金建明（北京工商大學）為論文共同通訊作者。研究工作得到國家重點研發計劃（2018YFA0900701）及國家自然科學基金項目（31961133016, 31870072, 31971382, 31971337）的資助。