近日，大連化物所生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化研究組（1816組）研究員趙宗保團(tuán)隊(duì)成功構(gòu)建出甲酸驅(qū)動(dòng)、非天然輔酶介導(dǎo)的途徑選擇性物質(zhì)和能量傳遞體系，為理性調(diào)控胞內(nèi)能量傳遞和二氧化碳固定研究提供了新思路。
煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）是胞內(nèi)不可或缺的輔酶，參與能量傳遞等復(fù)雜代謝過程。改變胞內(nèi)NAD等輔酶水平，會導(dǎo)致全局性且難以預(yù)測的生物學(xué)效應(yīng)。為突破基于天然輔酶代謝調(diào)控的局限，該團(tuán)隊(duì)致力于非天然輔酶相關(guān)研究。前期工作中通過定向進(jìn)化獲得了多種氧化還原酶的非天然輔酶依賴型突變體，構(gòu)建出正交氧化還原催化體系（J. Am. Chem. Soc., ）。此外，對亞磷酸脫氫酶進(jìn)行輔酶偏好性改造，闡釋了輔酶偏好性改變的分子基礎(chǔ)（ACS Catal., ），并構(gòu)建了亞磷酸驅(qū)動(dòng)的有機(jī)酸合成體系，選擇性向工程菌的物質(zhì)代謝途徑傳遞能量（ACS Catal., ）。
本研究通過定向進(jìn)化獲得非天然輔酶煙酰胺胞嘧啶二核苷酸（NCD）偏好型甲酸脫氫酶（FDH*），在純酶水平耦聯(lián)NCD偏好型蘋果酸酶突變體（ME*），構(gòu)建了新的正交氧化還原體系，證明其可利用甲酸來源的碳和還原力進(jìn)行丙酮酸還原羧化；進(jìn)一步在微生物細(xì)胞內(nèi)構(gòu)建甲酸驅(qū)動(dòng)、NCD介導(dǎo)的蘋果酸生物合成體系。該研究逆轉(zhuǎn)了胞內(nèi)蘋果酸節(jié)點(diǎn)的代謝流方向，對人工設(shè)計(jì)代謝途徑、選擇性調(diào)控細(xì)胞物質(zhì)能量代謝具有重要參考價(jià)值。
相關(guān)研究成果以通訊形式發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。該研究得到國家自然科學(xué)基金和大連化物所-青島能源所融合基金等資助。同時(shí)，這也是獻(xiàn)禮大連化物所七十周年所慶文章之一。（文/圖 郭瀟佳）
