近日，我院青年教师王斐以第一作者在Advanced Science期刊发表了题为“Multidimensional Engineering of Escherichia coli for Efficient Adipic Acid Synthesis From Cyclohexane”的研究论文，报道了一种高效、环保的己二酸生物合成新方法，在单个大肠杆菌细胞中构建了人工级联催化途径，实现了从廉价易得的环己烷、KA油（环己醇和环己酮的混合物）等底物到己二酸的高效合成。

己二酸作为国际能源组织认定的最重要二元羧酸，是尼龙6,6的关键单体，广泛应用于聚酯、润滑剂、增塑剂及食品调味剂的生产。全球年产量约300万吨，预计2025年市场规模将突破80亿美元。然而，传统浓硝酸氧化法会产生大量NO_x等有害气体及强效温室气体N₂O（温室效应是CO₂的300倍），存在严重环境问题。

该研究采用自下而上设计策略，在大肠杆菌中成功构建了包含3个模块、6个功能蛋白的人工级联催化系统，并进行了多维度的工程化改造：采用基因组整合与质粒表达相结合的策略，优化了模块间酶表达平衡；运用蛋白融合表达、启动子替换等技术手段，解决了限速步骤问题；通过基因敲除（ldhA、adhE、sthA）和过表达（acs）实现了辅酶系统的精准调控；发酵罐放大阶段创新性地采用气体分散方式添加环己烷底物。实验结果显示，在5 L反应器中，以KA油为底物时己二酸产量达到110 g/L，以环己烷为底物时产量为22.6 g/L，是目前报道的生物法合成己二酸的最高水平。另外，该生物催化系统展现出优异的底物普适性，可成功转化C5-C8不同碳链长度的环烷烃和环烷醇，生成相应的二羧酸产物。

这项研究成果不仅为绿色化学合成提供了新思路，也为解决传统化工生产中的环境问题提供了可行方案，具有重要的工业应用价值。

山西大学合成生物学院青年教师王斐，湖北大学研究生孙慧琪为论文共同第一作者，湖北大学生命科学学院李爱涛教授、李倩副教授为共同通讯作者。该研究得到了科技部重点研发计划合成生物学重点专项的支持，同时得到了湖北大学省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室平台的大力支持。

图1 基于自下而上策略构建单个大肠杆菌全细胞催化系统实现己二酸的合成

图2 底物拓展

撰稿人：张婷婷

二   审：吴云彬

三   审：张建珍